[發明專利]基于脈沖技術的寬帶介電常數測量系統及方法

有效

• 申請號: 202111115615.5
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113552421B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 史哲;張莽;石昊云;郭嘉帥
• 申請（專利權）人: 深圳飛驤科技股份有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 深圳君信誠知識產權代理事務所(普通合伙) 44636
• 代理人: 劉偉

本發明涉及電子技術領域，提供一種基于脈沖技術的寬帶介電常數測量系統及測量方法，所述系統包括：信號源生成模塊，用于生成參考信號；鎖相環電路模塊，其輸入端連接所述信號源生成模塊的輸出端，用于對所述參考信號進行預處理；功率放大模塊，其輸入端連接所述鎖相環電路模塊的輸出端，用于對所述鎖相環電路模塊的輸出信號進行放大；脈沖序列生成模塊，其輸入端連接所述功率放大模塊的輸出端，用于基于放大后的信號輸出脈沖信號；敏感元件模塊，所述敏感元件模塊設置有樣本容器，用于承載樣品，其輸入端連接所述脈沖序列生成模塊的輸出端；高速示波器，所述高速示波器的輸入端連接所述敏感元件模塊。本發明降低系統成本，并提高便攜性。

技術領域

本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種基于脈沖技術的寬帶介電常數測量系統及方法。

背景技術

介電常數是描述物質的重要屬性之一，具有廣泛的學術和應用價值，近年來，隨著介質材料在遙感監測、微波通信、生物醫療等各個領域深度和廣度的不斷拓展，對于材料的電磁特性的關注也應運而生，例如在電路設計中，頻率、溫度、濕度、材料配比的變化都會引起電路器件介電常數的變化，介電常數的波動也可能導致產品的失效，所以獲取材料的寬帶介電譜尤為重要。通過結合射頻微波技術無損、傳統強的特點，可以實現微波、毫米波甚至太赫茲頻段的介質檢測，從而豐富介質傳感器的使用場景，同時寬頻帶檢測豐富的數據量也為大數據分析提供了依據。

如圖1所示為一種常見的介質檢測方式，該方式主要是使用互補開口環諧振器005，其通過在微帶線006下方的地平面004刻蝕出環形結構實現高Q值諧振腔。然后通過同軸線（002、003）連接到矢量網絡分析儀001，根據微擾法原理，引入的介質塊引起墻體內電場的變化，從而導致諧振頻率的變化。通過測量頻偏和值的變化，即可反推出介電常數的變化?？梢?，完整的射頻介質傳感器包括信號源、敏感元件、信號處理電路三個部分，現有的介質傳感器主要是基于矢量網絡分析儀（VNA），通過測量傳輸特性和反射特性的變化擬合出介電常數，其核心就是VNA同時承擔了信號源和信號處理電路的功能，但是，網絡分析儀的價格高，結構復雜，不適合利用于低成本、高效率的檢測環境中。

發明內容

本發明實施例提供一種基于脈沖技術的寬帶介電常數測量系統及方法，以解決上述技術問題。

第一方面，本發明實施例提供一種基于脈沖技術的寬帶介電常數測量系統，包括：

信號源生成模塊，用于生成參考信號；

鎖相環電路模塊，其輸入端連接所述信號源生成模塊的輸出端，用于對所述參考信號進行預處理；

功率放大模塊，其輸入端連接所述鎖相環電路模塊的輸出端，用于對所述鎖相環電路模塊的輸出信號進行放大；

脈沖序列生成模塊，其輸入端連接所述功率放大模塊的輸出端，用于基于放大后的信號輸出脈沖信號；

敏感元件模塊，所述敏感元件模塊設置有樣本容器，用于承載樣品，其輸入端連接所述脈沖序列生成模塊的輸出端；

高速示波器，所述高速示波器的輸入端連接所述敏感元件模塊，所述高速示波器設置有通用接口總線接口，通過所述通用接口總線接口連接至計算機設備，通過所述計算機設備對所述高速示波器輸入的信號進行傅里葉變換后獲得其幅頻特性。

優選的，還包括一電壓偏置電路模塊，用于對所述功率放大模塊的輸入信號進行偏置。

優選的，所述脈沖序列生成模塊包括階躍恢復二極管。

優選的，所述敏感元件模塊包括高頻介質板、設置于所述高頻介質板上的微帶線、以及覆蓋于所述微帶線上的樣品容器。

優選的，所述微帶線的阻抗為50歐姆，所述樣品容器為PDMS材料。

優選的，所述微帶線的中心線與所述樣品容器的中心線重合。

優選的，所述樣品容器設置有微流道結構。