【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波，涉及一种基于反射模相位变化的微波微带传感检测系统及其应用，特别涉及一种基于终端短路阶跃阻抗传输线的反射模相位变化传感系统研制及其在测量不同固体介电常数上的应用。
技术介绍
1、在不同固体介电常数检测领域，国内外的学者提出了光谱法、电化学检测法、光纤传感技术以及微波传感技术等检测技术和方法。其中，微波传感检测技术因其具备高效便捷、灵敏度高、加工制作成本低以及携带方便等优点受到了广大科技工作者的研究和关注。
2、目前，国内外的许多学者对微波谐振式无源传感器和系统进行了广泛深入的研究。本专利技术参考国内外的知名期刊文献，总结出了对应的设计思路和方法，主要从两方面进行研究设计：
3、一是无源谐振单元的改进和优化，以增强电场的束缚效应，从而提高检测灵敏度，包括：裂环谐振器(split-ring resonator，srr)、互补裂环谐振器(complementary split-ring resonator，csrr)、电-lc(electric-lc，elc)、人工表面等离激元(spoof surfaceplasmon polaritons，sspp)、基片集成波导(substrate integrated waveguide，siw)、半模基片集成波导(half-mode substrate integrated waveguide，hmsiw)、阶跃阻抗谐振器(stepped impedance resonator，sir)以及它们的相关改进型结构。
4、专利技术人早期提出了多
5、因此，本专利技术为了增加无源谐振单元结构的抗干扰能力，将差分结构嵌入其中从而形成一款差分无源谐振器提高外界环境干扰因素的抑制能力。
6、二是嵌入有源射频器件使之形成一款射频检测系统，通过将不同的射频有源电路嵌入到检测系统中，将介电常数与谐振频率的偏移量转化为介电常数与直流电压的关系，从而摆脱对昂贵矢量网络分析仪的依赖降低系统成本。嵌入的不同射频有源电路主要包括：第一种是将微波无源谐振单元作为压控振荡器的谐振网络，并且与压控振荡器一起混入锁相环(pll)电路中，从而构成一款系统级检测方案。该方案设计总体而言比较复杂，还需要使用stm32嵌入式控制芯片；第二种是检测系统链路主要由信号源、功分器、有源移相器、谐振单元、相位补偿线、下变频器以及低通滤波器组成，通过检测低通滤波器输出的不同直流电压值，从而反演不同固体的介电常数值。但是该方案中的有源移相器的设计难度较大，调试较复杂。
7、因此，为了解决调试的复杂性、系统的高灵敏度以及提高无源谐振单元结构的抗干扰能力，本专利技术利用一对终端短路的阶跃阻抗谐振器作为感应单元，设计了两个射频振荡器，一路射频振荡器作为混频器的rf端，另一路射频振荡器作为混频器的lo端。将差分结构嵌入无源谐振单元，从而形成一款差分无源谐振器，提高外界环境干扰因素的抑制能力。本专利技术不仅可以利用微波无源谐振单元的反射模相位变化的特点进行检测，而且嵌入差分有源射频电路方案可以增强外界的抗干扰能力，可以摆脱对昂贵矢量网络分析仪的依赖，具有便于携带、检测便捷的特性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于反射模相位变化的微波微带传感检测系统及其应用，具体是一种基于终端短路阶跃阻抗传输线的反射模相位变化传感系统。该差分微波无源谐振单元结构从传统阶跃阻抗谐振器演化而来，通过将微带线的终端过孔短路，接着连接一段高阻抗线(假定高阻抗线的特征阻抗为zs，电长度为)，再连接一段低阻抗线(假定低阻抗线的特征阻抗为z，电长度为)，从而形成一个利用反射模相位变化的单元进行检测的微波无源器件。经过数学推理，发现当特征阻抗满足zs>z>zo并且电长度满足(n＝0,1,2,3,……)和的要求，此时的微波无源单元的反射模相位变化最大，即实现的灵敏度最高。本专利技术利用满足该条件的终端短路的阶跃阻抗单元进行微波无源感应器件的设计。在该设计中，高阻抗线作为电感应区域，并且将阶跃阻抗线镜像复制可实现差分微波无源检测结构从而提高外界环境的抗干扰能力。通过嵌入有源射频电路形成一款系统级的检测设备，该系统可将介电常数与谐振频率的偏移量转化为介电常数与直流电压的关系从而摆脱对昂贵矢量网络分析仪的依赖降低系统成本。
2、本专利技术按以下技术方案实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种微波微带传感检测系统，包括差分微波无源谐振单元(1)、第一射频放大器(4)、第二射频放大器(5)、移相器(6)、混频器(7)、低通滤波器(8)、同相比例放大器(9)以及万用表(10)，所述差分微波无源谐振单元(1)包括第一微波无源谐振单元(2)和第二微波无源谐振单元(3)；
4、其中，第一微波无源谐振单元(2)和第一射频放大器(4)构成第一射频振荡器，第二微波无源谐振单元(3)和第二射频放大器(5)构成第二射频振荡器；所述第一微波无源谐振单元(2)和第二微波无源谐振单元(3)的输入端过孔接地，形成短路；
5、所述第一射频振荡器和第二射频振荡器分别发出同相位等幅值的振荡信号，其中第二射频振荡器发出的信号进入混频器(7)的lo端口，第一射频振荡器发出的信号经过移相器(6)并进入混频器(7)的rf端口；混频器(7)输出的信号经过低通滤波器(8)，得到直流电压；该直流电压经过同相比例放大器(9)，最后被万用表(10)检测；
6、所述第一微波无源谐振单元(2)和第二微波无源谐振单元(3)结构相同，均包括顶层(11)、中间层(12)、底层(13)；其中所述中间层(12)是一块介质基板，所述底层(13)是一块完整的金属层；所述顶层(11)从输入至输出包括依次连接的第一微带线(111)、第二微带线(114)、第三微带线(113)；所述第一微带线(111)采用标准的50ω的微带线，所述第二微带线(114)为低阻抗线，所述第三微带线(113)为高阻抗线；
7、所述第一微波无源谐振单元(2)的第一微带线(111)、第二微带线(114)、第三微带线(113)的特征阻抗呈由低至高的阶跃变化，且所述第一微波无源谐振单元(2)的特征阻抗与第二微波无源谐振单元(3)的特征阻抗呈轴对称关系。
8、终端短路阶跃阻抗传输线的反射模无源本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微波微带传感检测系统，其特征在于包括差分微波无源谐振单元(1)、第一射频放大器(4)、第二射频放大器(5)、移相器(6)、混频器(7)、低通滤波器(8)、同相比例放大器(9)以及万用表(10)，所述差分微波无源谐振单元(1)包括第一微波无源谐振单元(2)和第二微波无源谐振单元(3)；
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，第一微带线(111)的特征阻抗Zo、第二微带线(114)的特征阻抗Z、第三微带线(113)的特征阻抗Zs满足：
3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，第一微波无源谐振单元(2)的第三微带线(113)作为电磁感应检测区域，所述第二微波无源谐振单元(3)的第三微带线(113)作为参考区域，参考区域不放置任何待测物体，为空载状态。
4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，还可以包括无线网络模块，所述无线网络模块与万用表(10)电性连接。
5.权利要求1-4任一项所述的一种微波微带传感检测系统在测量固体材料介电常数上的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于所述应用具体是：
【技术特征摘要】
1.一种微波微带传感检测系统，其特征在于包括差分微波无源谐振单元(1)、第一射频放大器(4)、第二射频放大器(5)、移相器(6)、混频器(7)、低通滤波器(8)、同相比例放大器(9)以及万用表(10)，所述差分微波无源谐振单元(1)包括第一微波无源谐振单元(2)和第二微波无源谐振单元(3)；
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，第一微带线(111)的特征阻抗zo、第二微带线(114)的特征阻抗z、第三微带线(113)的特征阻抗zs满足：
3.根据权利要求1...
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