【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波介电测量，尤其涉及一种便携式超宽带微波介电测量系统。
技术介绍
1、微波介电测量技术对于现代科学与工程领域具有重要的意义，例如：了解材料的介电性能有助于优化电子器件的性能，特别是在频率选择、信号传输和能量存储等方面，通过介电测量，可以深入了解材料的微观结构与宏观性能之间的关系，从而指导新材料的设计与制备。微波介电测量在开发高效、高频通信系统中不可或缺，介电特性的精确测量可以优化天线设计、减小信号损耗并提高通信质量。在雷达系统和卫星遥感中，介电测量用于分析地面、大气和海洋等多种介质的电磁波传播特性，进而提高雷达图像的分辨率和准确性。在食品加工和品质检测领域，利用介电测量技术可以评估食品的水分含量、成分分布和新鲜度等。
2、常见的介电测量方法有：传输线方法，包括同轴传输线和微带线等，适用于宽带频率范围的介电测量，通过测量通过介电材料的电磁波的传播特性来确定其介电性能；谐振腔方法，通过测量填充有介电材料的谐振腔的共振频率和品质因数（q值）的变化来得出材料的介电参数，适用于高频至微波频段；时域反射法，用于宽频率范围内的介电性能测量，通过发送脉冲信号并测量其在介电材料中的反射来确定介电常数。
3、随着现代通信技术的飞速发展，对于电子元器件的高度集成化，高效率和多功能性的要求越来越高。这些要求需要谐振传感器具有小尺寸，便于携带，结果观测明显等特点。而传统的测量复介电常数的方法存在以下几个方面的缺陷：
4、1、单频点和窄带：在传统测量方法中，通常只能在一个特定的频率点上进行复介电常数的测量
5、2、设备依赖性：大部分传统工作的内容都是在实验室中进行，在矢网测试法中，需要用到矢量网络分析仪；在非矢网测试法中，需要用到信号源、频谱仪、电源等仪器。这些仪器具有价格昂贵、不便携带和使用前需要校准等繁琐步骤等缺点，导致其无法应对复杂多变工作环境下的实时检测需求，转化为商业应用难度大。
6、3、测量对象单一：对于不同属性的材料传统测量方法可能存在困难，如固体、液体、气体：
7、其中，固体样品的复介电常数一般在1-10之间，要求谐振传感器对复介电常数变化较为灵敏，一般测试中将固体样品置于谐振器之上，与之直接接触，使用矢量网络测试仪研究复介电常数对谐振频率的影响，该方法有如下缺点：固体与谐振器接触面处存在空气间隙，导致接触不充分，最终导致测试结果误差较大。传统解决方案是采用夹具将待测固体与谐振器紧密接触。但这将导致谐振器只能测试固体材料，无法检测液体及气体等材料。
8、溶液等色散材料的复介电常数分布比较宽泛，例如甲乙醇水溶液，其浓度从0%到100%，复介电常数从10分布到84，这要求谐振传感器对复介电常数敏感度不高，一般测试方法是使用pdms微流通道或者3d打印容器，将这些通道或容器置于谐振器之上，让其通过或注射储存不同浓度的溶液，记录谐振器散射参数的变化数据，根据测试数据，推导出材料的复介电常数。因此，对应液体材料的复介电常数测量，传统测试方案不仅需要设计特殊结构的谐振器，同时需要设计特定的液体流动通道。
9、气体的测量更加复杂，由于气体的复介电常数只在1到2之间变化，若要便于观察其变化，则需要用到灵敏度更高的谐振传感器，同时传统谐振器提高灵敏度的方法主要是改变其结构从而增加电场强度，或者在传感区域中加入气敏材料，通过气敏材料的电导特性的改变去影响谐振器的谐振频率。例如，在进行氨气浓度的测试中，在谐振器上涂敷一层碳纳米管材料，该材料作为气敏材料能够吸附氨气，导致其导电率发生改变，从而影响谐振器的谐振频率，通过实验仪器可以观测其变化。传统谐振器在设计加工后结构固定，一般只能适应一种属性的材料测试，难以兼容多种属性材料。
技术实现思路
1、为解决现有技术不足，本专利技术提供一种便携式超宽带微波介电测量系统，构造更加简单，成本更低，适用于固体、液体及气体物质的测量，且便于携带及使用。
2、为了实现本专利技术的目的，拟采用以下方案：
3、一种便携式超宽带微波介电测量系统，包括：电源、压控振荡电路、带通滤波器、谐振器、射频放大器、整流电路。
4、电源用于向系统提供电力。
5、压控振荡电路包括晶体管及lc振荡电路，用于输出射频信号。
6、带通滤波器输入端与压控振荡电路相连，输出端与谐振器相连，用于对压控振荡电路输出的射频信号提纯，并将提纯后的射频信号输入谐振器。
7、谐振器包括介质板以及设于其表面的四个分裂谐振环，分裂谐振环之间通过耦合方式进行电磁波的传输，谐振器用于设置各类待测物，不同的待测物具有不同的谐振频率；谐振器输出端与射频放大器的输入端相连，用于对射频信号进行筛选，并将与待测物谐振频率接近的射频信号输入射频放大器，通过射频放大器将射频信号放大。
8、整流电路的输入端与射频放大器的输出端相连，整流电路设有整流二极管，用于输出直流电压。
9、本专利技术的有益效果在于：
10、1、不更换谐振型传感器，在图5谐振器中引入两个变容二极管，即可实现固定频段l波段（1-2 ghz）和s波段（2-4 ghz）内实现宽带谐振频段连续可调效果，最终可以在宽带范围内测量材料的复介电常数。具体方法如下：本专利技术提出的谐振器由四个srr（split ringresonator，分裂环谐振器）谐振环单元组成，如图5所示，通过在该传感器中引入两个变容二极管，调节变容二极管偏置电压，即可改变谐振型传感器中二极管的电容值，进而改变谐振型传感器整体的等效电容，最终实现谐振器谐振频点的连续可调，可调频率带宽分别为700mhz和800mhz。也就是说引入二极管后的谐振器，如图14所示。其由原来的固定两个谐振点，第一谐振点900mhz和第二谐振点2450mhz，改变为第一谐振频点可以在700mhz带宽内连续可调（从0.9ghz-1.6ghz），第二谐振频点可以在800mhz带宽内连续可调（从2.45ghz-3.25ghz）。这样，能够在不同频率下测试不同样本的介电常数，相对于传统的单频点测试，实现了宽频带内复介电测量。同时，图1中实验系统的所有元器件保持不变，不需更换。传统的复介电常数测量方案往往仅仅在某个或者某几个固定谐振点下进行。
11、2、模块化设计，传感器可更换设计，需要测试的频段超出当前传感器的可调范围，可以更换对应频段的传感器，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，包括：电源、压控振荡电路、带通滤波器、谐振器、射频放大器、整流电路；
2.根据权利要求1所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，四个分裂谐振环呈“十”结构布置，并相互耦合。
3.根据权利要求2所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，谐振器还包括设于四个分裂谐振环外围的封闭谐振环，封闭谐振环的左右两端设有耦合的馈线，封闭谐振环所在区域为待测物的放置区域。
4.根据权利要求3所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，各个分裂谐振环及馈线的长度宽度，以及耦合距离根据实际测量需求设置。
5.根据权利要求3所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，封闭谐振环的上下两段均具有断口，且断口的两端均通过变容二极管（14）相连。
6.根据权利要求5所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，谐振器与带通滤波器及射频放大器之间均为可拆卸的连接结构。
7.根据权利要求1所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，整流电路包
8.根据权利要求1所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，电源采用5V干电池。
...【技术特征摘要】
1.一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，包括：电源、压控振荡电路、带通滤波器、谐振器、射频放大器、整流电路；
2.根据权利要求1所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，四个分裂谐振环呈“十”结构布置，并相互耦合。
3.根据权利要求2所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，谐振器还包括设于四个分裂谐振环外围的封闭谐振环，封闭谐振环的左右两端设有耦合的馈线，封闭谐振环所在区域为待测物的放置区域。
4.根据权利要求3所述的一种便携式超宽带微波介电测量系统，其特征在于，各个分裂谐振环及馈线的长度宽度，以及耦合距离根据实际测量需求设置。
【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩然，李橦，张福贵，肖世龙，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。