一種環形褶皺結構微帶諧振型傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于微波應用技術領域，具體涉及一種利用微帶傳輸線與褶皺微帶金屬貼片之間的耦合作用形成諧振，并根據傳輸系數諧振峰位置和幅度的變化反演待測樣品物理參數的環形褶皺結構微帶諧振型傳感器。
【背景技術】
[0002]微波頻段諧振型傳感器一般為封閉式的結構，通常由圓柱形或方形等封閉空腔構成，可以看做是兩端短路的傳輸線，場集中在腔體內部；若需要利用其諧振特性設計傳感器、進行樣品檢測，則需要在腔體表面開孔才能將樣品引入。中國專利ZL200510048785.0提供的技術方案中設計了一種圓柱形諧振型傳感器，在諧振狀態下，最大電場位于圓柱中心，因此需要通過在圓柱形諧振型傳感器的中心開孔引入樣品進行化學反應動態過程監測。雖然上述金屬腔體諧振型傳感器的結構簡單，但是其體積大，不利于集成。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種集成度高、開放式的環形褶皺結構微帶諧振型傳感器。
[0004]本實用新型的目的是這樣實現的，環形褶皺結構微帶諧振型傳感器包括:褶皺微帶金屬貼片、介質基板、兩條微帶傳輸線、同軸-微帶轉換器和激發接收裝置，所述褶皺微帶金屬貼片設置于介質基板的中心位置，所述微帶傳輸線對稱設置于褶皺微帶金屬貼片兩側的介質基板上，所述每條微帶傳輸線的兩端分別設置一個同軸-微帶轉換器，所述每條微帶傳輸線均與激發接收裝置相連接。
[0005]所述褶皺微帶金屬貼片為閉合結構，其周長是電磁波波長的整數倍，其褶皺的尺寸小于電磁波波長。
[0006]本實用新型利用褶皺金屬結構在微波頻段的等效介電常數為負的特征，以及在負介電常數材料與正介電常數材料分界面上將形成表面波的基本原理，將等效為負介電常數材料、彎曲形成閉環的褶皺微帶金屬貼片附著于介質基板上，并通過微帶傳輸線激發褶皺微帶金屬貼片，將場耦合到其表面，形成諧振；同軸-微帶轉換器用于實現同軸電纜傳輸模式與微帶傳輸模式的相互轉換;激發接收裝置包括激發單元和接收單元兩部分，激發單元用于產生頻率可調的微波信號，接收單元用于檢測微帶傳輸線的輸出信號，它們共同完成環境媒質物理參數的檢測。
[0007]本實用新型采用閉合的褶皺微帶金屬貼片構成諧振腔，并通過微帶傳輸線進行激發形成諧振，由于褶皺微帶金屬貼片等效為負介電常數材料，因此在形成諧振的同時，最大場強出現在褶皺金屬結構表面，有利于待測樣品的引入，并增強場與物質的相互作用，由于采用的是平面微帶結構，具有制作簡單、易批量生產、成本低、集成度高等特點。
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0009]圖2為圖1的左視圖；
[0010]圖3為使用本實用新型提供的傳感器對樣品進行測試后得到的測試圖；
[0011]圖中:1-褶皺微帶金屬貼片、2-介質基板、3-微帶傳輸線、31-導帶、32-接地層、4-同軸-微帶轉換器、5-激發接收裝置。
【具體實施方式】
[0012]如圖1-2所示，本實用新型一種環形褶皺結構微帶諧振型傳感器包括閉合結構的圓形褶皺微帶金屬貼片I，其周長是電磁波波長的整數倍，其褶皺的尺寸小于電磁波波長；采用聚四氟乙烯制作或者采用氧化鋁制作的介質基板2;兩條微帶傳輸線3、同軸-微帶轉換器4和激發接收裝置5，所述褶皺微帶金屬貼片I設置于介質基板2的中心位置，所述微帶傳輸線3對稱設置于褶皺微帶金屬貼片I兩側的介質基板2上，所述每條微帶傳輸線3的兩端分別設置一個同軸-微帶轉換器4，所述每條微帶傳輸線3均與激發接收裝置5相連接。
[0013]所述褶皺微帶金屬貼片I的形狀還可以設置為橢圓形或者多邊形。
[0014]所述微帶傳輸線3與褶皺微帶金屬貼片I之間的耦合距離為電磁波波長的0.02?
0.04 倍。
[0015]所述的圓形褶皺微帶金屬貼片I和介質基板2共同組成諧振結構，微帶傳輸線3用于激發所述的諧振結構，當在該諧振結構上方引入被測物料時，該諧振結構的諧振頻率和幅度與被測物料的介電常數和損耗有關，被測物料的介電常數越高諧振頻率越低，被測物料的損耗越大諧振幅度越低，檢測得到的諧振頻率和諧振幅度包含了被測物料的介電常數信息和損耗信息;所述同軸-微帶轉換器4是SMA接頭，用于連接激發接收裝置5和微帶傳輸線3，所述激發接收裝置5用于產生和檢測掃頻信號。
[0016]實施例1
[0017]采用內半徑r=10.9mm，外半徑R=I 5.9mm，厚度e=0.0175mm的微帶金屬貼片制作圓形的裙皺微帶金屬貼片I，裙皺數N=60，裙皺周期d=5mm，裙皺的縫寬a=2mm，裙皺深度h=3.5，導電環厚度u=l.5mm，微帶傳輸線3由導帶31和接地層32構成，微帶傳輸線3的長度L=40mm，導帶31的寬度W=Imm，接地層32的寬度ν=2.1mm，裙皺微帶金屬貼片I與微帶傳輸線3之間的親合距離S=Imm;介質基板2選用材料FR4制作，其厚度t=lmm，其介電常數為4.3。
[0018]將水分含量分別為7%、8%、9%的煙絲作為被測物料進行測量，測量時，將煙絲均勻的放置于介質基板2的上方，采用網絡分析儀(HP E8362B)作為激發接收裝置5，產生掃頻微波信號，并檢測其幅頻特性，如圖3所示，對于水分含量分別為7%、8%、9%的煙絲被測物料，吸收峰分別在8.2946GHz，8.1848GHz，8.0653GHz，幅度分別是 _22.75dB，-23.26dB，-27.20dB，因此，水分含量越高，被測物料的介電常數和損耗越大，諧振頻率越低，諧振幅度越低。
[0019]本實用新型采用閉合的褶皺微帶金屬貼片構成諧振腔，并通過微帶傳輸線進行激發形成諧振，由于褶皺微帶金屬貼片等效為負介電常數材料，因此在形成諧振的同時，最大場強出現在褶皺金屬結構表面，有利于待測樣品的引入，并增強場與物質的相互作用，由于采用的是平面微帶結構，具有制作簡單、易批量生產、成本低、集成度高等特點。
[0020]上面結合附圖對本實用新型的實施進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出許多形式，這均屬于本實用新型的保護之內。
【主權項】
1.一種環形裙皺結構微帶諧振型傳感器，其特征在于，包括:裙皺微帶金屬貼片(I)、介質基板(2)、兩條微帶傳輸線(3)、同軸-微帶轉換器(4)和激發接收裝置(5)，所述褶皺微帶金屬貼片(I)設置于介質基板(2)的中心位置，所述微帶傳輸線(3)對稱設置于褶皺微帶金屬貼片(I)兩側的介質基板(2)上，所述每條微帶傳輸線(3)的兩端分別設置一個同軸-微帶轉換器(4)，所述每條微帶傳輸線(3)均與激發接收裝置(5)相連接。2.根據權利要求1所述的環形褶皺結構微帶諧振型傳感器，其特征在于:所述褶皺微帶金屬貼片(I)為閉合結構，其周長是電磁波波長的整數倍，其褶皺的尺寸小于電磁波波長。3.根據權利要求2所述的環形褶皺結構微帶諧振型傳感器，其特征在于:所述所述褶皺微帶金屬貼片(I)的形狀為圓形、橢圓形、或者多邊形。4.根據權利要求1所述的環形褶皺結構微帶諧振型傳感器，其特征在于:所述微帶傳輸線(3)與褶皺微帶金屬貼片(I)之間的耦合距離為電磁波波長的0.02-0.04倍。5.根據權利要求1所述的環形褶皺結構微帶諧振型傳感器，其特征在于:所述介質基板(2)采用聚四氟乙烯制作或者采用氧化鋁制作。
【專利摘要】本實用新型公開了一種環形褶皺結構微帶諧振型傳感器，褶皺微帶金屬貼片設置于介質基板的中心位置，所述微帶傳輸線對稱設置于褶皺微帶金屬貼片兩側的介質基板上，所述每條微帶傳輸線的兩端分別設置一個同軸-微帶轉換器，所述每條微帶傳輸線均與激發接收裝置相連接。本實用新型采用閉合的褶皺微帶金屬貼片構成諧振腔，并通過微帶傳輸線進行激發形成諧振，由于褶皺微帶金屬貼片等效為負介電常數材料，因此在形成諧振的同時，最大場強出現在褶皺金屬結構表面，有利于待測樣品的引入，并增強場與物質的相互作用，由于采用的是平面微帶結構，具有制作簡單、易批量生產、成本低、集成度高等特點。
【IPC分類】G01N22/00
【公開號】CN205175928
【申請號】CN201520905062
【發明人】楊晶晶, 黃銘, 唐皓, 吳季達, 魯東升
【申請人】云南大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月13日