一种基于SRR结构的介电常数测量传感器、方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于SRR结构的介电常数测量传感器、方法和系统，该传感器为采用单端口馈电的正面馈电且以一对开口谐振环作为工作结构的平面微波天线传感器，所述开口谐振环结构包括外环，以及设置在所述外环内的内环，所述外环和内环均设有开口，且所述内环的开口设置在远离于所述外环开口的一侧；还包括馈电结构，所述开口谐振环结构与馈电结构之间具有距离。该介电常数测量传感器能够通过网络分析仪和计算机快速线性拟合得到待测物的介电常数，能够对常见的微波工程应用的电路板材进行快速高精度测量。从而为实际的工业生产提供了一种高精度、方便以及稳定性不错的传感器设计。方便以及稳定性不错的传感器设计。方便以及稳定性不错的传感器设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SRR结构的介电常数测量传感器、方法和系统


[0001]本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种基于SRR结构的介电常数测量传感器、方法和系统。

技术介绍

[0002]介电常数是一种压电材料电介质在静电场作用下介电性质或极化性质的主要参数，通常用ε来表示。介电常数在电路设计、天线设计和电容器设计中要重要意义。例如对于微波电路板材设计，电容器绝缘填充材料设计等实际应用场景中，如果无法知道精确的材料介电常数会导致设计的电路、天线和电容器的性能无法预期，极大增大设计难度。同时板材等因为工艺差别，介电常数有所差异，实际生产过程中同时也需要检测技术对其进行质量保障。
[0003]因此，研究一种快速测量并且准确的测量仪器在实际的工业生产中有很好的实用价值。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于SRR结构的介电常数测量传感器、方法和系统。
[0005]本专利技术第一方面提供一种基于SRR结构的介电常数测量传感器，该传感器为采用单端口馈电的正面馈电且以一对开口谐振环作为工作结构的平面微波天线传感器，所述开口谐振环结构包括外环，以及设置在所述外环内的内环，所述外环和内环均设有开口，且所述内环的开口设置在远离于所述外环开口的一侧；还包括馈电结构，所述开口谐振环结构与馈电结构之间具有距离。
[0006]一些示例性实施例中，所述开口谐振环结构的尺寸为30mm
×
40mm。
[0007]一些示例性实施例中，r＝4.2mm，w＝w1＝w2＝g＝0.6mm，w3＝5.6mm，w4＝1mm，w5＝1.6mm；其中，r为外环边长长度的一半，w为内环和外环的宽度，g为内环和外环的距离，w1为外环和内环开口缝隙的距离，w2为开口谐振环结构和馈电结构之间距离，w3为开口谐振环结构和馈电结构之间距离，w4为传输线到后馈电结构之间宽度，w5为馈电宽度。
[0008]一些示例性实施例中，该传感器采用FR4作为传感器基板，所述基板的介电常数为4.4。
[0009]一些示例性实施例中，所述传感器基板的厚度为0.89mm～1mm，该厚度的介质基板能够有效在传感器内保持电场稳定性，并且保持合适的工作温度，同时保持小尺寸特点。
[0010]本专利技术第二方面提供一种介电常数测量方法，包括以下步骤：将待测物置于如上述的基于SRR结构的介电常数测量传感器上；通过矢量网络分析仪得到所述待测物的S11参数；基于所述待测物的S11参数，通过仿真拟合得到的多变量线性拟合公式与实际测量的谐振频率相对应来得到所述待测物的介电常数。
[0011]一些示例性实施例中，在所述将待测物置于如上述的基于SRR结构的介电常数测
量传感器上的步骤之前，还包括：通过设置多个不同介电常数的待测物样本，来对所述传感器进行仿真；其中，多个不同介电常数的待测物样本的介电常数分别是1、5、10、15、20、25、30，损耗角正切值均为0.02，样本厚度设置为0.8mm。
[0012]一些示例性实施例中，在所述通过矢量网络分析仪得到所述待测物的S11参数的步骤之前，还包括：在所述通过矢量网络分析仪得到所述待测物的S11参数的步骤之前，还包括：分别使用open、short和load三个校准件对所述矢量网络分析仪进行校准，校准的频率范围是0GHz～3GHz，分辨率为1MHz；其中，校准用待测物为微波工程生产中的板材材料，包括Rogers 5880，Rogers 4350，RF
‑
35TC，FR4，Rogers 3006，Rogers3010中的一种或多种。
[0013]本专利技术第三方面提供一种介电常数测量系统，包括依次相连的待测系统模块、测试系统模块和比对模块，所述待测系统模块包括待测物，以及如上述的基于SRR结构的介电常数测量传感器；所述待测系统模块包括支撑结构、稳定夹具、待测物和传感器，用于作为该测试系统的前置准备；所述测试系统模块包括矢量网络分析仪P5024A以及装配了矢量网络分析软件的计算机，用于通过矢量网络分析仪得到所述待测物的S11参数；所述比对模块用于基于所述待测物的S11参数，通过仿真拟合得到的多变量线性拟合公式与实际测量的谐振频率相对应来得到所述待测物的介电常数。
[0014]本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
[0015]本专利技术提供一种基于SRR结构的介电常数测量传感器、方法和系统。该介电常数测量传感器能够通过网络分析仪和计算机快速线性拟合得到待测物的介电常数，能够对常见的微波工程应用的电路板材进行快速高精度测量。从而为实际的工业生产提供了一种高精度、方便以及稳定性不错的传感器设计。本专利技术进行了严格的仿真与实验验证，并且对实际的工业常用微波电路板材进行了测量，具有实际应用价值。
附图说明
[0016]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0017]图1为本专利技术提供的介电常数测量系统的系统框图；
[0018]图2(a)为本专利技术提供的基于SRR结构的介电常数测量传感器中开口谐振环基本单元结构；
[0019]图2(b)为本专利技术提供的基于SRR结构的介电常数测量传感器的结构示意图；
[0020]图3为本专利技术提供的介电常数测量系统在加载待测物体的示意图；
[0021]图4为本专利技术提供的介电常数测量系统中网络分析仪的示意图；
[0022]图5为本专利技术中以实物测量的S11参数；
[0023]图6为本专利技术中不同介电常数待测物仿真的S11参数。
[0024]图7为本专利技术中线性拟合曲线。
具体实施方式
[0025]专利技术人发现，专利1涉及一种基于谐振法的液晶介电常数测量装置，包括从上到下依次设置的上介质基板、介质板和金属底板；上介质基板与介质板固定连接，介质板与金属底板可拆卸连接；上介质基板的上表面的两个对侧边缘均设置有两个SMA接头，两个SMA接
头之间均设置有耦合微带线，上介质基板的下表面中心设置有谐振贴片；上介质基板的上表面边缘还设置有金属圆形贴片，金属圆形贴片对应的上介质基板上设置有金属通孔，金属圆形贴片通过金属通孔中的导线与谐振贴片连接；介质板的中心设置有液晶腔体，其面积小于谐振贴片的面积；金属底板上设置两个金属圆孔，两个所述金属圆孔与液晶腔体相通。该测量装置具有结构简单，成本低。然而，专利1测量需要反复拆卸测量装置，无法完全保证多次测量的有效性。
[0026]专利2涉及一种高灵敏度液体介电常数测量微波传感器，属于传感器
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。本专利技术在结构上通过λ/4阶跃阻抗谐振器实现匹配，与传统微带均匀阻抗传输线相比，在设计上多一个自由度，可以通过调节各段传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SRR结构的介电常数测量传感器，其特征在于，该传感器为采用单端口馈电的正面馈电且以一对开口谐振环作为工作结构的平面微波天线传感器，所述开口谐振环结构包括外环，以及设置在所述外环内的内环，所述外环和内环均设有开口，且所述内环的开口设置在远离于所述外环开口的一侧；还包括馈电结构，所述开口谐振环结构与馈电结构之间具有距离。2.根据权利要求1所述的基于SRR结构的介电常数测量传感器，其特征在于，所述开口谐振环结构的尺寸为30mm
×
40mm。3.根据权利要求1或2所述的基于SRR结构的介电常数测量传感器，其特征在于，r＝4.2mm，w＝w1＝w2＝g＝0.6mm，w3＝5.6mm，w4＝1mm，w5＝1.6mm；其中，r为外环边长长度的一半，w为内环和外环的宽度，g为内环和外环的距离，w1为外环和内环开口缝隙的距离，w2为开口谐振环结构和馈电结构之间距离，w3为开口谐振环结构和馈电结构之间距离，w4为传输线到后馈电结构之间宽度，w5为馈电宽度。4.根据权利要求1所述的基于SRR结构的介电常数测量传感器，其特征在于，该传感器采用FR4作为传感器基板，所述基板的介电常数为4.4。5.根据权利要求1所述的基于SRR结构的介电常数测量传感器，其特征在于，所述传感器基板的厚度为0.89mm～1mm。6.一种介电常数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：将待测物置于如权利要求1至4中任一项所述的基于SRR结构的介电常数测量传感器上；通过矢量网络分析仪得到所述待测物的S11参数；基于所述待测物的S11参数，通过仿真拟合得到的多变量线性拟合公式与实际测量的谐振频率相对应来得到所述待测物的介电常数。7.根据权利要求6所述的介电常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂泽东，琚梓珩，唐华杰，李景振，敖鹏飞，刘宇航，王琨，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：