一种基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器，包括介质层和金属层，所述的介质层包括第一介质基板、第二介质基板，所述的金属层包括顶层、中间层、底层，顶层为SLSP谐振器，中间层为微带线，底层为金属地；所述的顶层位于第一介质基板的上表面，中间层位于第一介质基板和第二介质基板之间，底层位于第二介质基板的下表面。本发明专利技术中SLSP谐振器的强电场及场约束能力，使传感器对金属周围介质介电常数的变化特别敏感，显著提高了传感器对不同溶液进行介电表征时的灵敏度。本发明专利技术把LSP波限制在小于波长的范围内，突破了衍射极限，实现了紧凑的总体尺寸，有利于平面微波谐振传感器的集成，减小了传感器的电尺寸。尺寸。尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器


[0001]本专利技术属于微波传感
，特别涉及一种基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器。

技术介绍

[0002]随着射频微波电路的应用从最初的国防和军事领域迅速扩展到民用和商业领域之后，传感器设计技术快速发展，设计一种高灵敏度的传感器，快速准确地获得微波材料的磁电性能，已经成为电子学、通信和其他相关领域关注的焦点。微波谐振式传感器因其无源、低成本、体积小、高可靠性、高灵敏度以及非侵入式等优点，广泛应用于生物、医学、化工等领域，其中用于液体介电常数检测的研究一直受到学者的广泛关注。液体的介电常数是频率的函数，随着频率的升高而减小，基于目前的技术发展水平，介电常数无法被直接测量，常将其转化为其他物理量，比如S参数和电流电压等物理参数。
[0003]表面等离激元是一种具有高度束缚态的表面波电磁模式，电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生近场增强，其是由光入射到金属与介质的交界面，金属表面区域的自由电子集体振荡，与光子在外部电磁场的激励下相互作用而形成。然而在微波段或太赫兹波段，大部分金属被视为理想电导体(Perfect Electrical Conductor,PEC)，电磁波无法渗透入金属表面,因此表面等离激元无法传输。可通过人工添加周期性金属结构模拟光波段的电磁特性，产生类似于表面等离激元的电磁现象，成为人工表面等离激元。人工表面等离激元已在天线、滤波器和传感器等方面表现出良好的性能。根据振荡类型，可将其分为人工表面等离极化激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons，SSPP)和人工局域表面等离激元(Spoof Localized Surface Plasmons,SLSP)。
[0004]近年来，基于人工局域表面等离激元谐振传感器的研究成为了当前研究的热点。公布号为CN 111856148 A的中国专利文献公开了一种高灵敏度液体介电常数测量微波传感器，包括介质基板和立体容器结构；所述介质基板包括两个馈电端口、两组λ/4阶跃阻抗谐振器、一个矩形辐射贴片，辐射贴片中间加载CSRR(互补分裂谐振环)结构；立体容器结构位于介质基板中央，底部为介质基板，通过两条平行耦合线实现馈电。但是，这种传感器存在对不同溶液介电表征不够灵敏的缺点。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的提供了一种基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器，能够显著提高传感器对不同溶液进行介电表征时的灵敏度。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]一种基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器，包括介质层和金属层，所述的介质层包括第一介质基板、第二介质基板，所述的金属层包括顶层、中间层、底层，顶层为SLSP谐振器，中间层为微带线，底层为金属地；所述的顶层位于第一介质基板的
上表面，中间层位于第一介质基板和第二介质基板之间，底层位于第二介质基板的下表面。
[0008]进一步设置，第一介质基板上与微带线对应的位置刻蚀有方形孔，所述的微带线通过方形孔连接SMA(Small A Type)连接头；两条所述的微带线之间呈90
°
分布。
[0009]进一步设置，所述的SLSP谐振器为含交指的四分之一结构，交指上方设有PDMS(聚二甲基硅氧烷)，PDMS内部含微流控通道。
[0010]进一步设置，所述的交指包括第一交指、第二交指。
[0011]进一步设置，所述的第一交指的数量为六，第二交指的数量为二；第一交指为旋转角度为13
°
、宽度为0.4mm的圆环；第二交指的长度为0.4mm、宽度为0.25mm。
[0012]进一步设置，所述的微带线包括输入端口、输出端口、金属圆盘，金属圆盘设置于微带线末端。
[0013]进一步设置，所述的输入端口与输出端口宽度为1.25mm、长度为11mm，所述的金属圆盘半径为2mm。
[0014]进一步设置，所述的第一介质基板与第二介质基板的介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009、厚度为0.508mm。
[0015]进一步设置，所述的第一介质基板与第二介质基板为尺寸相同的方形结构，边缘对齐层叠设置。
[0016]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1、本专利技术中SLSP谐振器的强电场及场约束能力，使传感器对金属周围介质介电常数的变化特别敏感，显著提高了传感器对不同溶液进行介电表征时的灵敏度。
[0018]2、本专利技术把LSP波限制在小于波长的范围内，突破了衍射极限，实现了紧凑的总体尺寸，有利于平面微波谐振传感器的集成，减小了传感器的电尺寸。
[0019]3、本专利技术中SLSP谐振器可结合微流控系统，用于液体材料介电常数的检测时，可以在很大程度上减少待测液体用量。
附图说明
[0020]图1是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的三维结构示意图；
[0021]图2是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的顶层结构示意图；
[0022]图3是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的中间层结构示意图；
[0023]图4是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的SLSP单元示意图；
[0024]图5是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的色散曲线示意图；
[0025]图6是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的SLSP传感器全模S参数示意图；
[0026]图7是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的SLSP传感器全模电场分布示意图；
[0027]图8是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的SLSP传感器四分之一模S参数示意图；
[0028]图9是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的SLSP传感器四分之一模电场分布示意图；
[0029]图10是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的PDMS微流控通道三维示意图；
[0030]图11是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的PDMS微流控通道二维平面示意图；
[0031]图12是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的S参数与不同的待测液体介电常数仿真结果示意图；
[0032]图13是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的三种SLSP结构的谐振频率与不同待测液体介电常数的关系示意图；
[0033]图14是优选实施例基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器的三种SLSP结构示意图。
[0034]附图标记，1、微带线；2、第一交指；3、第二交指；4、金属圆盘；5、金属地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器，包括介质层和金属层，其特征在于，所述的介质层包括第一介质基板(6)、第二介质基板(7)，所述的金属层包括顶层、中间层、底层，顶层为SLSP谐振器，中间层为微带线(1)，底层为金属地(5)；所述的顶层位于第一介质基板(6)的上表面，中间层位于第一介质基板(6)和第二介质基板(7)之间，底层位于第二介质基板(7)的下表面。2.根据权利要求1所述的基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器，其特征在于，第一介质基板(6)上与微带线(1)对应的位置刻蚀有方形孔(8)，所述的微带线(1)通过方形孔(8)连接SMA连接头；两条所述的微带线(1)之间呈90
°
分布。3.根据权利要求1所述的基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器，其特征在于，所述的SLSP谐振器为含交指的四分之一结构，交指上方设有聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷内部含微流控通道。4.根据权利要求3所述的基于人工局域表面等离激元的高灵敏度微波微流传感器，其特征在于，所述的交指包括第一交指(2)、第二交指(3)。5.根据权利要求4所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文生，付建红，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：