一种微波阵列式传感器及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种微波阵列式传感器及制作方法。包括微波谐振阵列、端口开关阵列、变容二极管阵列，通过微波谐振阵列中各个单元的位置表征物品上的各个测量点，利用微波谐振阵列获得各个点的微波参数以实现对物品物理信息的表征；利用变容二极管控制每个谐振单元的微波频率，控制每个谐振单元的工作状态，通过布设在每条传输线两侧的变容二极管及传输线两个端口处的射频开关，控制每个阵列单元的工作状态，保证各个阵列单元工作的独立性，增强抗干扰能力，解决阵列单元分时复用的问题，进一步提高了检测精度。步提高了检测精度。步提高了检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种微波阵列式传感器及制作方法


[0001]本专利技术涉及射频传感器领域，特别是涉及一种微波阵列式传感器及制作方法。

技术介绍

[0002]原子力显微镜(AFM)作为现有典型材料表征手段之一，其可以提供真正的三维表面图，而且原子力显微镜不需要对样品进行任何特殊处理，如镀铜或碳，避免这些特殊处理对样品会造成不可逆转的伤害。因此，AFM可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。但AFM仍然存在不可避免的问题，比如成像速度慢，受探头影响较大，而且AFM的工作区域有限，只能在微米尺度范围进行扫描，对较大或较粗糙样品表面进行扫描非常困难等。因此当扫描范围在mm甚至是cm级别，或材料颗粒尺寸在μm级别时，或材料表面起伏较大时，AFM则不再适用。
[0003]微波阵列式传感器作为一种新型的阵列形式能够较好的解决上述问题，其通过微波阵列的散射参数来表示样品的表面形态、厚度、介电特性等物理参数。传统的微波谐振阵列由谐振单元和传输线组成，其中传输线采用耦合形式对谐振单元进行馈电，各个谐振单元间工作彼此独立，对样品的扫描范围由阵列规模决定，且在谐振器传感范围内可以实现非侵入检测。
[0004]但将微波阵列结构应用于材料表征时，也将带来新的问题。传统微波阵列可以提供二维平面内不同位置的介电信息，其中不同谐振单元通常设计在不同谐振频率下。因此谐振单元可以同时独立工作，即在同一时段内的各个谐振单元工作互不干扰，不同频率的谐振模可以表征不同位置处样品的物理参数。但为了更精确地表征材料的物理参数，需要提高阵列单元分布密度和范围，传统阵列规模受到阵列单元结构以及谐波的限制。
[0005]随着谐振单元个数的增加，基波位于低频段的谐振单元会在高频产生谐波，而高频的谐波与高频单元的基波产生串扰，因此可用频谱范围会大幅限制阵列规模。此外低频单元与高频单元的物理尺寸相差较大，不同单元检测样品的范围不同，因此不利于表征与集成。若将谐振单元设计为相同的物理尺寸，所有单元产生的微波响应参数均相同，这将会造成谐振单元在工作时相互干扰，从而影响物品检测结果。
[0006]因此，综上所述，当前需要进一步优化微波谐振阵列，在将谐振单元结构保持统一的同时，如何保证不同阵元的独立工作，从而进行检测工作与参数读出，且如何规避相邻阵元之间的电磁辐射互相干扰问题是有待解决。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种微波阵列式传感器及制作方法，以解决单元结构保持统一时，如何保证不同阵元的独立工作且避免相邻单元相互干扰的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种微波阵列式传感器，包括：
[0009]微波谐振阵列：包括m
×
n个谐振单元和m/2条平行布设的传输线，沿传输线的垂直方向每条传输线的上下两侧各连接n个谐振单元，每个谐振单元作为一个待测物体的测量
点，通过生成的谐振频率信号获取待测物体在每个测量点的微波散射参数，以实现对待测物体物理信息的表征；
[0010]变容二极管阵列：用于固定所述微波谐振阵列的谐振频率，包括m
×
n个变容二极管，每个变容二极管布设在一个谐振单元与相连的传输线之间，每个变容二极管两端均连接有控制电路，所述控制电路用于调整变容二极管两端的偏置电压以调整变容二极管的电容值，通过调整电容值来调整与变容二极管相连的谐振单元的谐振频率；
[0011]端口开关阵列：用于控制所述微波谐振阵列生成的谐振频率信号的传输，每条传输线的左右两个端口分别连接一个射频开关，利用传输线连接的两个射频开关的同时开启或关闭控制对应传输线进行信号传输。
[0012]优选地，所述利用传输线连接的两个射频开关的开启或关闭控制对应传输线进行信号传输包括：
[0013]依次控制第i(i＝1,2,
…
,m/2)条传输线上连接的两个射频开关同时开启和关闭，直至所有传输线上各个谐振单元生成的谐振频率信号传输完成。
[0014]优选地，所述射频开关连接有矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪用于接收传输线传输的各个谐振单元的谐振频率信号。
[0015]优选地，所述射频开关连接有多路复用控制器，所述多路复用控制器用于控制射频开关的开启与关闭；
[0016]所有传输线的左端口连接的射频开关共同连接第一多路复用控制器，所有传输线的右端口连接的射频开关共同连接第二多路复用控制器。
[0017]优选地，所述谐振单元为开口谐振环，每个谐振单元的物理尺寸相等。
[0018]本专利技术还提供一种如上所述的微波阵列式传感器的制作方法，包括：
[0019]提供一个清洗烘干后的基板；
[0020]在所述基板的上表面制备第一SiO2层，并在第一SiO2层的上表面生长第一种子金属层；
[0021]在所述第一种子金属层的上表面制备微波谐振阵列层，所述微波谐振阵列层中平行等间距布设多条传输线，在传输线的垂直方向每条传输线两侧等间距布设多个谐振单元，并在传输线与每个谐振单元之间预留出变容二极管的位置；
[0022]在所述基板的下表面制备第二SiO2层，并在第二SiO2层的下表面生长第二种子金属层；
[0023]在所述第二种子金属层的下表面制备接地金属层，并在所述接地金属层的下表面生成第三SiO2层；
[0024]在所述第三SiO2层的下表面生长第三种子金属层，在所述第三种子金属层的下表面制备变容二极管电压控制层；
[0025]将每个变容二极管放置在传输线与每个谐振单元之间的预留位置处，将变容二极管的一端与所述接地金属层连接，另一端与所述变容二极管电压控制层连接。
[0026]优选地，所述在传输线与每个谐振单元之间预留出变容二极管的位置包括：
[0027]根据预设谐振幅值和预设传输线个数确定相邻传输线间距，根据所述相邻传输线间距平行布设传输线；
[0028]根据预设谐振幅值确定谐振单元距相连传输线的距离，根据预设谐振幅值和预设
谐振单元个数确定相邻谐振单元距离；
[0029]根据所述谐振单元距相连传输线的距离与所述相邻谐振单元距离，沿传输线的垂直方向在每条传输线两侧布设多个谐振单元；
[0030]将传输线与每个谐振单元的中心位置作为预留的变容二极管位置。
[0031]优选地，所述预设谐振幅值不大于3dB。
[0032]优选地，所述第一SiO2层、第二SiO2层和第三SiO2层均采用化学气相沉积工艺制备；
[0033]所述第一种子金属层、第二种子金属层、第三种子金属层和变容二极管电压控制层均采用蒸镀工艺制备；
[0034]所述微波谐振阵列层和所述接地金属层采用电镀工艺制备。
[0035]优选地，所述微波谐振阵列层的传输线的左右端口通过跳线引出与射频开关相连。
[0036]本专利技术提供的一种微波阵列式传感器包括微波谐振阵列、端口开关阵列、变容二极管阵列，通过微波谐振阵列中各个单元的位置表征物品上的各个测量点，利用微波谐振阵列获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波阵列式传感器，其特征在于，包括：微波谐振阵列：包括m
×
n个谐振单元和m/2条平行布设的传输线，沿传输线的垂直方向每条传输线的上下两侧各连接n个谐振单元，每个谐振单元作为一个待测物体的测量点，通过生成的谐振频率信号获取待测物体在每个测量点的微波散射参数，以实现对待测物体物理信息的表征；变容二极管阵列：用于固定所述微波谐振阵列的谐振频率，包括m
×
n个变容二极管，每个变容二极管布设在一个谐振单元与相连的传输线之间，每个变容二极管两端均连接有控制电路，所述控制电路用于调整变容二极管两端的偏置电压以调整变容二极管的电容值，通过调整电容值来调整与变容二极管相连的谐振单元的谐振频率；端口开关阵列：用于控制所述微波谐振阵列生成的谐振频率信号的传输，每条传输线的左右两个端口分别连接一个射频开关，利用传输线连接的两个射频开关的同时开启或关闭控制对应传输线进行信号传输。2.根据权利要求1所述的微波阵列式传感器，其特征在于，所述利用传输线连接的两个射频开关的开启或关闭控制对应传输线进行信号传输包括：依次控制第i(i＝1,2,
…
,m/2)条传输线上连接的两个射频开关同时开启和关闭，直至所有传输线上各个谐振单元生成的谐振频率信号传输完成。3.根据权利要求1所述的微波阵列式传感器，其特征在于，所述射频开关连接有矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪用于接收传输线传输的各个谐振单元的谐振频率信号。4.根据权利要求1所述的微波阵列式传感器，其特征在于，所述射频开关连接有多路复用控制器，所述多路复用控制器用于控制射频开关的开启与关闭；所有传输线的左端口连接的射频开关共同连接第一多路复用控制器，所有传输线的右端口连接的射频开关共同连接第二多路复用控制器。5.根据权利要求1所述的微波阵列式传感器，其特征在于，所述谐振单元为开口谐振环，每个谐振单元的物理尺寸相等。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述的微波阵列式传感器的制作方法，其特征在于：包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁峻阁，高珂，吴佳糠，付晓冬，顾晓峰，王琮，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：