一种基于车轮型谐振结构的类表面模微带传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于车轮型谐振结构的类表面模微带传感器，包括车轮型金属贴片、第一介质基板、微带传输线、同轴‑微带转换器、激发接收装置第二介质基板和金属底片，所述车轮型金属贴片设置于第一介质基板上表面，所述微带传输线设置于第一介质基板和第二介质基板之间，且所述微带传输线的两端分别设置有同轴‑微带转换器与激发接收装置相连接，所述第二介质基板的下表面设置金属底片。本实用新型专利技术采用闭合的车轮型金属贴片构成谐振腔，并通过微带传输线进行激发形成谐振，该传感器对于两块介质基板之间的距离非常敏感，使得该传感器除了能够检测被测物料的密度、浓度和水分等以外的物理参数，还能检测被测物料的厚度，增加了传感器的功能，扩大了其应用领域。

A kind of surface mode microstrip sensor based on wheel type resonant structure

The utility model discloses a surface mode microstrip resonant structure based on wheel sensor, including wheel type metal patch, the first dielectric substrate, the microstrip transmission line, coaxial microstrip converter, excitation and receiving device second substrate and a metal film, the wheel type metal patch is arranged on the first surface of the substrate. Microstrip transmission line is arranged between the first substrate and the second substrate, and the two ends of the microstrip transmission line are respectively provided with a coaxial microstrip converter connected with the excitation receiving device is arranged on the lower surface of the metal film of the second medium base plate. The utility model adopts the wheel type metal patch closed form the resonant cavity, and the microstrip transmission line excited resonant formation, the sensor is very sensitive to the distance between two pieces of dielectric substrate, the sensor can detect the physical parameters in addition to the measured material density, concentration and moisture, but also test material the thickness, increase the function of the sensor, expand its application fields.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于微波应用
，具体涉及一种利用微带传输线与车轮型金属贴片之间的耦合作用形成谐振，并根据传输系数谐振峰位置和幅度的变化反演待测样品物理参数的车轮型谐振结构的类表面模微带传感器。
技术介绍
微波频段谐振型传感器通常是在一块介质基板上设计成圆形、方形或褶皱贴片结构。根据电磁场理论，最大场强会出现在开口或褶皱贴片表面处。其传感原理为，将被测物料引入到开口或褶皱贴片表面，被测物料的物理参数的不同，如浓度、密度和水分等，会使传感器的谐振峰位置和幅度发生线性变化，通过传感器输出信息反演样品参数，以此完成检测过程。但是这类传感器的功能一般比较单一，有的传感器对被测物料的类型有限制，比如只能是固体；有的传感器只能检测被测物料的某一类物料参数，如浓度、密度和水分等。这些缺点都限制了传感器的应用领域，同时妨碍其推广。中国专利ZL201310055856.4设计了一种微带表面回音壁模传感器，在谐振状态下，最大电场位于褶皱结构表面，通过将待测物料引入到褶皱表面完成检测过程。虽然该设计具有易操作、结构简单等优点。但其功能单一，不能满足需求，因此有必要设计一种包含多种用途的传感器。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种灵敏度高、功能多的基于车轮型谐振结构的类表面模微带传感器。本技术的目的是这样实现的，车轮型谐振结构的类表面模微带传感器包括车轮型金属贴片、第一介质基板、微带传输线、同轴-微带转换器、激发接收装置、第二介质基板和金属底片，所述车轮型金属贴片设置于第一介质基板上表面，所述微带传输线设置于第一介质基板和第二介质基板之间，且所述微带传输线的两端分别设置有同轴-微带转换器与激发接收装置相连接，所述第二介质基板的下表面设置金属底片。本技术利用车轮型金属贴片结构在微波频段的等效介电常数为负的特征，以及在负介电常数材料与正介电常数材料分界面上将形成表面波的基本原理，将等效为负介电常数材料、弯曲形成闭环的车轮型金属贴片附着于第一介质基板上，并通过微带传输线激发车轮型金属贴片，将场耦合到其表面，形成谐振；金属底片主要起接地作用；同轴-微带转换器用于实现同轴电缆传输模式与微带传输模式的相互转换；激发接收装置包括激发单元和接收单元两部分，激发单元用于产生频率可调的微波信号，接收单元用于检测微带传输线的输出信号，它们共同完成环境媒质物理参数的检测。本技术中的车轮型金属贴片和第一介质基板共同组成谐振结构，微带传输线用于激发所述的谐振结构，当在该谐振结构凹槽或两块介质基板之间引入被测物料时，该谐振结构的谐振频率和幅度与被测物料的介电常数或厚度信息以及损耗信息有关，被测物料的介电常数越高或厚度越低谐振频率越低，被测物料的损耗越大谐振幅度越低，检测得到的谐振频率和谐振幅度包含了被测物料的介电常数信息或厚度信息以及损耗信息，很好的拓展了传感器的检测功能。本技术提供的传感器对于两块介质基板之间的距离非常敏感，使得该传感器除了能够检测被测物料的密度、浓度和水分等以外的物理参数，还能检测被测物料的厚度，增加了传感器的功能，扩大了其应用领域。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为被测物料在不同介电常数下的仿真曲线；图4为被测物料在不同厚度下的仿真曲线；图中：1-车轮型金属贴片、2-第一基板、3-微带传输线、4-同轴-微带转换器、5-激发接收装置、6-第二介质基板、7-金属底片。具体实施方式如图1和图2所示，本技术提供的车轮型谐振结构的类表面模微带传感器车轮型金属贴片1、第一介质基板2、微带传输线3、同轴-微带转换器4、激发接收装置5、第二介质基板6和金属底片7，所述车轮型金属贴片1设置于第一介质基板2上表面，所述微带传输线3设置于第一介质基板2和第二介质基板6之间，且所述微带传输线3的两端分别设置有同轴-微带转换器4与激发接收装置5相连接，所述第二介质基板6的下表面设置金属底片7。所述车轮型金属贴片1为闭合结构，其周长是电磁波波长的整数倍，其褶皱的尺寸小于电磁波波长。所述车轮型金属贴片1中的环槽和边缘宽度为电磁波波长的0.02~0.04倍。所述第一介质基板2和第二介质基板6采用聚四氟乙烯制作或者采用氧化铝制作。所述的车轮型金属贴片1和第一介质基板2共同组成谐振结构，微带传输线3用于激发所述的谐振结构，当在该谐振结构凹槽或两块介质基板之间引入被测物料时，该谐振结构的谐振频率和幅度与被测物料的介电常数或厚度信息，以及损耗信息有关，被测物料的介电常数越高或厚度越低谐振频率越低，被测物料的损耗越大谐振幅度越低，检测得到的谐振频率和谐振幅度包含了被测物料的介电常数信息或厚度信息或者损耗信息；所述同轴-微带转换器4是SMA接头，用于连接激发接收装置5和微带传输线3，所述激发接收装置5用于产生和检测扫频信号。实施例1采用内半径r=7mm，外半径R=19mm，厚度t=0.018mm的微带金属贴片制作车轮型金属贴片1，褶皱数N=40，褶皱周期d=2.8mm，褶皱的缝宽a=1.7mm，褶皱深度h=5mm，环槽和边缘宽度u=1.5mm，微带传输线3的长度L=55.4mm，导带宽度w=1.1mm；第一介质基板2选用材料FR4制作，其厚度e=1.016mm，其介电常数为3.48。采用全波三维电磁仿真软件AnsoftHFSS进行仿真，在车轮型金属贴片1的凹槽内引入被测物料，若被测物料为流体时，则使流体样品引入到小管内，将小管放置于车轮型金属贴片1中环槽内，如图3所示，对于介电常数为1、2、3、4、5的被测物料，仿真得到的吸收峰频率点分别为3.36GHz、3.28GHz、3.21GHz、3.15GHz、3.09GHz，其幅度值分别为-22.967dB、-22.1157dB、-22.0268dB、-19.4219dB、-22.3764dB；因此得出，被测物料的介电常数越大，其谐振频率点越低；待测物料损耗越大，其谐振幅度值越低。利用谐振频率点与被测物料介电常数的关系可以有效的判断出被测物料的物理参数。同样利用仿真软件AnsoftHFSS进行仿真，在两块介质基板之间引入被测物料，同时将被测物料的厚度设置为0-0.4mm,间隔为0.1mm进行参数扫描。如图4所示，对于厚度为0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm的被测物料，仿真得到的吸收峰频率点分别在3.82GHz、3.77GHz、3.68GHz、3.52GHz、3.36GHz,其幅度值分别为-11.6337dB、-14.3092dB、-16.5261dB、-16.9903dB、-22.9343dB。因此得出，被测物料的厚度越大，其谐振频率点越高；待测物料损耗越大，其谐振幅度值越低。利用谐振频率点与被测物料厚度的关系可以有效的判断出被测物料的物理参数，即本技术提供的传感器对于两块介质基板之间的距离非常敏感，使得该传感器除了能够检测被测物料的密度、浓度和水分等以外的物理参数，还能检测被测物料的厚度，增加了传感器的功能，扩大了其应用领域。上面结合附图对本技术的实施方式进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车轮型谐振结构的类表面模微带传感器，其特征在于，包括车轮型金属贴片（1）、第一介质基板（2）、微带传输线（3）、同轴‑微带转换器（4）、激发接收装置（5）、第二介质基板（6）和金属底片（7），所述车轮型金属贴片（1）设置于第一介质基板（2）上表面，所述微带传输线（3）设置于第一介质基板（2）和第二介质基板（6）之间，且所述微带传输线（3）的两端分别设置有同轴‑微带转换器（4）与激发接收装置（5）相连接，所述第二介质基板（6）的下表面设置金属底片（7）。

【技术特征摘要】
1.一种基于车轮型谐振结构的类表面模微带传感器，其特征在于，包括车轮型金属贴片（1）、第一介质基板（2）、微带传输线（3）、同轴-微带转换器（4）、激发接收装置（5）、第二介质基板（6）和金属底片（7），所述车轮型金属贴片（1）设置于第一介质基板（2）上表面，所述微带传输线（3）设置于第一介质基板（2）和第二介质基板（6）之间，且所述微带传输线（3）的两端分别设置有同轴-微带转换器（4）与激发接收装置（5）相连接，所述第二介质基板（6）的下表面设置金属底片（7）。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：李锡明，杨晶晶，戴兴征，黄孟阳，黄铭，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：新型
国别省市：云南;53