基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器及检测方法技术

本发明专利技术公开了基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器及检测方法，多频近零传输传感器包括两个“耳”字型谐振器、两条连接线和一条馈线；所述馈线的两端分别为输入端口和输出端口；所述两个“耳”字型谐振器对称布置在馈线两侧，且分别通过连接一条连接线与馈线的中间部分相连；其中，在所述两个“耳”字型谐振器上设置有微流通道，用于承载检测及参考微流体；两个“耳”字型谐振器分别被称作测试区域和参考区域，测试过程中，将被测流体和参考流体通过微流通道的进口压进测试区域和参考区域；本发明专利技术灵敏度高，频带宽，检测方法简单，易于集成，具有与其他装置组合成微型分析系统的潜质。具有与其他装置组合成微型分析系统的潜质。具有与其他装置组合成微型分析系统的潜质。

【技术实现步骤摘要】
基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器及检测方法


[0001]本专利技术涉及一种微流体介电特性的微波检测装置，属于微波测量
，更具体地说，是涉及一种基于“耳”字型谐振器的微流体介电特性的高灵敏度多频检测装置。

技术介绍

[0002]随着微波技术的不断发展，尤其是基于传输线结构的电磁超介质的迅猛发展，为各种信息元件的新突破提供了新的契机，在各行各业引起了广泛的重视。电磁超介质所具有的亚波长谐振、负折射、完美透镜、能量汇聚及表面波抑制等特性使其于近7年在微波测试领域得到科研工作者的喜爱。在微波测试领域，随着被测物体积的减小，传感器的灵敏度成为关键设计参数之一，如对细胞悬浮液、粒子重组介质、DNA大生物分子重组等组份检测时，传统的测试方案因为灵敏度而无法识别这些组份的微小变化。电磁超介质因具备诸多奇异的电磁特性而有望打破传统技术的分辨率，实现新的突破。而且电磁超介质的引入可以大大减小测试器件的尺寸，减少器件的相位噪声，使器件具备低剖面、小型化、加工方便、价格低廉及易与集成等优点，因此国内外科研工作者不断尝试将各种电磁超介质引入到微波测试领域。文献Zarifi M H . Sensitivity and Selectivity Enhancement in Coupling Ring Resonator Sensors Using Splitting Resonant Frequencies[J]. 2018:36-39.提出了一种耦合环形谐振器，可实现微样品介电特性的选择性识别，与传统平面谐振器器相比，灵敏度提高了100%，电磁超介质引入到微波测试领域后，的确获得了很好的应用， Adhikari, Kishor Kumar, Tian Qiang, Cong Wang, Ho Kun Sung, Lei Wang, and Qun Wu. High-sensitivity radio frequency noncontact sensing and accurate quantification of uric acid in temperature-variant aqueous solutions. Applied Physics Express 11, no. 11 (2018): 117001.提出了双端口的耦合谐振器，实现了不同浓度尿酸的检测。现有的技术一般均为单频检测方案，而多频、宽带、小型化技术一直是微波测试领域内永恒的研究主题，因此提供高灵敏度的宽带、多频检测方案是探索微波与介质相互作用机理的重要手段之一。

技术实现思路

[0003]针对现有的微流体物质介电特性测量技术中存在的带宽窄、灵敏度低等的问题，本专利技术的目的是提供一种基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器，该传感器可敏感感知微流体介电特性及其微小变化。
[0004]本专利技术按以下技术方案实现：一种基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器，包括两个
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耳”字型谐振器、两条连接线和一条馈线；所述馈线的两端分别为输入端口和输出端口；所述两个“耳”字型谐振器对称布置在馈线两侧，且分别通过连接一条连接线与馈线的中间部分相连；其中，在所述两个“耳”字型谐振器上设置有微流通道，用于承载检测及参考微流体；两个“耳”字型谐振器分别被称作测试区域和参考区域，测试过程中，将被测流体和参考流体通过微流通道的进
口压进测试区域和参考区域；当微波信号被馈入两个“耳”字型谐振器时，通过调节“耳”字型谐振器各段微带线的长度与宽带来调整传感器的谐振频率，从而在预定的频段内实现多个传输零点。
[0005]进一步，所述“耳”字型谐振器为轴对称结构，其由一个微带线和与该微带线中心线对称布置的五个直角微带结构组成。
[0006]进一步，所述“耳”字型谐振器包括一根第一微带线、两根第二微带线、两根第三微带线、两根第四微带线、两根第五微带线、两根第六微带线及两根第七微带线；所述第一微带线的两端分别与两个第二微带线的一端相连形成两个相同的第一个直角微带结构；两根第三微带线的两端分别与两根第二微带线的另一端和第四微带线的一端相连，形成两个相同的第二和第三直角微带结构；两根第六微带线的两端分别与两根第五微带线的一端和第七微带线的一端相连，形成两个相同的第四和第五直角微带结构。
[0007]进一步，所述两根第四微带线的另一端和第五微带线的另一端分别与开口电容的两端相连，并形成了测试或者参考区域。
[0008]进一步，所述两根第七微带线的末端开路。
[0009]进一步，所述馈线的带条宽度由两端至中间部分变窄，且馈线两端口处阻抗为50欧姆。
[0010]进一步，所述两个
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耳”字型谐振器、两条连接线和一条馈线均设置在介质层上，在介质层的边缘开有多个小孔，用以增强多频近零传输传感器的电磁兼容的性能。
[0011]一种采用上述的基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器的检测方法，该检测方法为： 微流通道包含PDMS层，在微流通道上设置了流体的进口和出口，其进口和出口采用聚四氟乙烯管制作，并与PDMS相连；测试时传感器的输入端口与输出端口分别与矢量网络分析仪相连，同时将被测物采用推进器注入微流通道的进口，并间隔一定时间将该样品从出口推出去，然后用去离子水将微流通道清晰，干燥后再测试另一个样品。
[0012]进一步，所述PDMS的厚度为1.5mm,宽度和长度分别为2.5mm和3.0mm，因此该传感器所需要的被测物的体积约为11.5mm3。
[0013]进一步，当参考物与被测物一样时，传感器的传输零点不会变化；当被测物与参考物不一样时，每个传输零点会发生变化，这种变化主要表现在，根据被测物与参考物介电特性的差异产生传输零点的裂变。
[0014]本专利技术与现有技术相比所具有的优点及有益的技术效果如下：本专利技术提供的基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器所需的被测流体体积为纳升量级，可用于细胞学、电磁场生物医学、微波化学非热效应及蛋白质热变性等领域的应用，且该传感器灵敏度高，频带多，检测方法简单，易于集成，具有与其他装置组合成微型分析系统的潜质，本专利技术提出的传感器为双端口测量，可避免多解问题，因而其流体介电特性微小变化的信息捕捉结果更加精确、更加可靠。
附图说明
[0015]附图作为本专利技术的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他附图。
[0016]在附图中：图1为本专利技术的多频近零传输传感器结构示意图；图2 为本专利技术的“耳”字型谐振器结构示意图；图3 为本专利技术的PDMS微流通道示意图；图4 为本专利技术的多频近零传输传感器在加载微流体前的传输参数；图5 为本专利技术的多频近零传输传感器仅测试区域加载某高损耗样品时的传输参数示意图。
[0017]附图标识：1-地平面，2-介质层，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器，其特征在于：包括两个
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耳”字型谐振器、两条连接线和一条馈线；所述馈线的两端分别为输入端口和输出端口；所述两个“耳”字型谐振器对称布置在馈线两侧，且分别通过连接一条连接线与馈线的中间部分相连；其中，在所述两个“耳”字型谐振器上设置有微流通道，用于承载检测及参考微流体；两个“耳”字型谐振器分别被称作测试区域和参考区域，测试过程中，将被测流体和参考流体通过微流通道的进口压进测试区域和参考区域；当微波信号被馈入两个“耳”字型谐振器时，通过调节“耳”字型谐振器各段微带线的长度与宽带来调整传感器的谐振频率，从而在预定的频段内实现多个传输零点。2.根据权利要求1所述的基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器，其特征在于：所述“耳”字型谐振器为轴对称结构，其由一个微带线和与该微带线中心线对称布置的五个直角微带结构组成。3.根据权利要求2所述的基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器，其特征在于：所述“耳”字型谐振器包括一根第一微带线、两根第二微带线、两根第三微带线、两根第四微带线、两根第五微带线、两根第六微带线及两根第七微带线；所述第一微带线的两端分别与两个第二微带线的一端相连形成两个相同的第一个直角微带结构；两根第三微带线的两端分别与两根第二微带线的另一端和第四微带线的一端相连，形成两个相同的第二和第三直角微带结构；两根第六微带线的两端分别与两根第五微带线的一端和第七微带线的一端相连，形成两个相同的第四和第五直角微带结构。4.根据权利要求3所述的基于“耳”字型谐振器的多频近零传输传感器，其特征在于：所述两根第四微带...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟娜，任学尧，牛有田，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：