一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器及测量方法，涉及射频和微波工程技术领域。本发明专利技术包括地线GND层，其用于形成等效电路，并通过与被测物样品接触，测量样品的复介电常数和复磁导率；介质层，其用于形成类LC谐振腔体；微带线层，其用于传输信号，并且使信号输出端与负载进行匹配；如所述地线GND层包括两个圆环蚀刻组成的互耦环缝谐振结构和基片集成波导结构。本发明专利技术通过地线GND层、介质层、微带线层的设置，实现同时测量样品的复介电常数或复磁导率，提高测量复介电常数和复磁导率的测量精度。导率的测量精度。导率的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器及测量方法


[0001]本专利技术属于射频和微波工程
，特别是涉及一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器及测量方法。

技术介绍

[0002]复介电常数和复磁导率是射频和微波工程中材料最重要的参数之一。微波设备的基板中所用材料的介电性能和磁性能，会影响微波平面电路的响应和优劣。为了对复杂的微波设备进行建模，必须先测量微波设备的基板中所用材料的复介电常数和复磁导率。
[0003]因此，准确测定材料的复介电常数和复磁导率是射频和微波工程领域的重要任务。除了在微波工程中，其他诸如食品，医疗保健、农业等各个领域，也需要对复介电常数和复磁导率进行精确测量。复介电常数包括介电常数和电损耗正切值，复磁导率包括磁导率和磁损耗正切值。
[0004]现有技术中，很少有传感器能同时测量复介电常数和复磁导率。并且在测量的过程中，存在着设备繁琐，灵敏度低，难以在高频段进行测量等问题。因此，提供一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器及测量方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器及测量方法，实现同时测量样品的复介电常数或复磁导率，提高测量复介电常数和复磁导率的测量精度。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]作为本专利技术提供的第一个方面，本专利技术为一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器，包括：地线GND层，其用于形成等效电路，并通过与被测物样品接触，测量样品的复介电常数和复磁导率；介质层，其用于形成类LC谐振腔体；微带线层，其用于传输信号，并且使信号输出端与负载进行匹配；如所述地线GND层包括两个圆环蚀刻组成的互耦环缝谐振结构和基片集成波导结构；其中，两个圆环蚀刻的开缝口方向相同，作为复介电常数测量区域、复磁导率测量区域；该结构与被测物样品形成微变等效电路。
[0008]进一步的，两个圆环一个为外环，一个为内环；
[0009]复磁导率测量区域以外的区域的电场强度大、磁场强度小，作为复介电常数测量区域；
[0010]外环的开缝口向外延伸，向外延伸的区域电场强度小、磁场强度大，作为复磁导率测量区域。
[0011]进一步的，所述地线GND层为一块蚀刻有双环互耦环缝结构的矩形金属；
[0012]其中，所述双环互耦环缝结构的外环的内圆半径为2.17mm、外圆半径为2.38mm；
[0013]所述双环互耦环缝结构的内环的内圆半径为1.31mm、外圆半径为1.12mm。
[0014]进一步的，2个所述圆环蚀刻的开缝口分别为：
[0015]所述外环在平行垂直于微带线层的底端蚀刻有一条开缝口，开缝口宽度为0.3mm；
[0016]所述内环在平行垂直于微带线层的底端蚀刻有一条开缝口，开缝口宽度为0.15mm。
[0017]进一步的，所述地线GND层和微带线层的厚度为0
‑
0.02mm，所述地线GND层(3)和微带线层的材质为金、银和铜中任意一种，或者是与金、银和铜中任意一种具有相同导电率的导电材料。
[0018]进一步的，所述复磁导率测量区域中：基片集成波导围绕磁导该区域排列，每个基片集成波导的直径大小为0.4mm；平行与复磁导率测量区域的排列间隔为0.8mm,垂直与复磁导率测量区域的排列间隔为0.5mm。
[0019]进一步的，所述微带线层为一条从介质层中间位置纵向穿过的微带线，所述微带线层尺寸为20.6mm
×
0.4mm；
[0020]所述微带线层上增加了2块50欧姆的贴片电阻或在微带线层上集成金属贴片；
[0021]所述金属贴片对应地线GND层(3)的复磁导率测量区域，金属贴片的尺寸为2.6mm
×
0.9mm。
[0022]进一步的，所述介质层的尺寸为35mm
×
26mm
×
0.813mm，且允许在该尺寸的基础上上下浮动0.0015mm，所述介质层的材质为介电常数为3.66且损耗正切值为0.004的RO4350材料。
[0023]进一步的，作为复介电常数测量传感器时，测量频带为2.99GHz
‑
4.17GHz，有效测量范围为：介电常数为1
‑
10、电损耗正切值为0
‑
0.1的样品被测物；
[0024]作为复磁导率测量传感器时，测量频带为3.76GHz
‑
4.17GHz，有效测量范围为：磁导率为1
‑
2、磁损耗正切值为0
‑
0.5的样品被测物；
[0025]所述5G平面电磁传感器的工作频段包括5G的n77、n78和n79三个频段；
[0026]复介电常数包括介电常数和电损耗正切值，复磁导率包括磁导率和磁损耗正切值。
[0027]作为本专利技术提供的第二个方面，本专利技术提供一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器的复介电常数和复磁导率的测量方法，所述的方法基于第一个方面所述的5G平面电磁传感器实现，所述的方法包括以下步骤：
[0028]步骤S1：测量被测物样品的复磁导率：
[0029]步骤S01：将被测物样品放置在复磁导率测量区域上；
[0030]步骤S02：在3.5GHz
‑
4.2GHz频段的谐振下，使用矢量网络分析仪测量互耦环缝的5G平面电磁传感器，得到传输系数中心频率S
21
参数曲线；
[0031]步骤S03：确定S
21
参数曲线的谐振频率和插入损耗；
[0032]步骤S04：根据谐振频率确定所述样品的磁导率，根据插入损耗确定所述样品的磁损耗正切值；
[0033]步骤S2：测量被测物样品的
[0034]步骤S021：将被测物样品放置在复介电常数测量区域上；
[0035]步骤S022：在2.8GHz
‑
4.2GHz频段的谐振下，使用矢量网络分析仪测量所述互耦环缝的5G平面电磁传感器，得到传输系数中心频率S
21
参数曲线；
[0036]步骤S023：确定所述S
21
参数曲线的谐振频率和插入损耗；
[0037]步骤S024：根据所述谐振频率确定所述被测物样品的介电常数，根据所述插入损
耗确定所述被测物样品的电损耗正切值。
[0038]本专利技术具有以下有益效果：
[0039]本专利技术中地线GND层通蚀刻用于形成等效电路，并通过与被测物样品接触，测量样品的复介电常数和复磁导率；介质层用于形成类LC谐振腔体；微带线层用于传输信号，并且使信号输出端与负载进行匹配，实现同时测量样品的复介电常数或复磁导率，提高测量复介电常数和复磁导率的测量精度。
[0040]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器，其特征在于，包括：地线GND层(3)，其用于形成等效电路，并通过与被测物样品接触，测量样品的复介电常数和复磁导率；介质层(2)，其用于形成类LC谐振腔体；微带线层(1)，其用于传输信号，并且使信号输出端与负载进行匹配；所述地线GND层(3)包括两个圆环蚀刻组成的互耦环缝谐振结构和基片集成波导结构；其中，两个圆环蚀刻的开缝口方向相同，两个圆环包围区域作为复介电常数测量区域、复磁导率测量区域。2.根据权利要求1所述的一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器，其特征在于，两个圆环一个为外环，一个为内环；复磁导率测量区域以外的区域的电场强度大、磁场强度小，作为复介电常数测量区域；所述外环的开缝口向外延伸，向外延伸的区域电场强度小、磁场强度大，作为复磁导率测量区域。3.根据权利要求2所述的一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器，其特征在于，所述地线GND层(3)为一块蚀刻有双环互耦环缝结构的矩形金属；其中，所述双环互耦环缝结构的外环的内圆半径为2.17mm、外圆半径为2.38mm；所述双环互耦环缝结构的内环的内圆半径为1.31mm、外圆半径为1.12mm。4.根据权利要求3所述的一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器，其特征在于，2个所述圆环蚀刻的开缝口分别为：所述外环在平行垂直于微带线层(1)的底端蚀刻有一条开缝口，开缝口宽度为0.3mm；指的是内外环缝口所述内环在平行垂直于微带线层(1)的底端蚀刻有一条开缝口，开缝口宽度为0.15mm。5.根据权利要求4所述的一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器，其特征在于，所述地线GND层(3)和微带线层(1)的厚度为0
‑
0.02mm，所述地线GND层(3)和微带线层(1)的材质为金、银和铜中任意一种，或者是与金、银和铜中任意一种具有相同导电率的导电材料。6.根据权利要求5所述的一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器，其特征在于，围绕所述复磁导率测量区域排列有一圈基片集成波导，基片集成波导即为铜柱，每个基片集成波导的直径大小为0.4mm；平行与复磁导率测量区域的排列间隔为0.8mm,垂直与复磁导率测量区域的排列间隔为0.5mm。7.根据权利要求1所述的一种基于互耦环缝的5G平面电磁传感器，其特征在于：所述微带线层(1)为一条从介质层(2)中间位置纵向穿过的微带线，所述微带线层(1)尺寸为20.6mm
×
0.4mm；所述微带线层(1)上增加了2块50欧姆的贴片电阻或在微带线层上集成金属贴片；所述金属贴片对应地线GND层(3)的复磁导率测...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宸，刘小明，张丹，刘荷雪，汪佳佳，刘凯，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：