【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波传感，涉及一种lc谐振式传感器，具体是三维梳状结构超高灵敏度微波液体传感器，用于检测液体介电常数。
技术介绍
1、微波谐振式传感器由于其测量成本低、高灵敏度、易于制造等特点在医疗保健、化学检测、食品工业和农业等领域发挥着重要的作用。其中介电常数传感器是一种用于测量介质介电常数的传感器，用以将待测材料(mut)的介电常数特性用s参数的方式表征。当待测材料加载到传感器上时，微波传感器的传输特性将会发生改变，随着待测材料的变化，传感器的谐振频率和陷波幅度也会随之发生改变，这种待测材料介电常数的变化和传感器传输特性变化之间的对应关系可以用相应的数学方式来表达。因此，当传感器的传输特性变化时，可以反向推导得出待测材料的介电常数。
2、近年来，人们提出了大量不同类型的微波谐振传感器去表征二元液体的混合比例，这些微波传感器通常会将待测材料放置于平面的集总或分布式电路的电容部分，即场强最大处，但顶层的金属信号线部分和底层的地会形成基板的寄生电容，这部分寄生电容不会随待测材料的介电常数变化而变化，其大小会影响微波谐振传感器的灵敏度。
3、目前，公开号为cn 114295645 a的中国专利文献公开了一种工作频率可调的谐振式微波传感器，由微波谐振器和变容二极管组成，在微波传感器加工完成或者长期使用后通过对比不同频率下传感器的各项参数，确定敏感材料的最佳工作频率，并通过调节变容二极管两端的偏置电压来改变微波传感器的谐振频率，使其始保持工作在最佳工作频率下从而获得较好的性能。但是其平面结构的特性直接导致了灵敏度
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种三维梳状结构微波液体传感器，其具有超高灵敏度和极小电尺寸。通过采用梳状结构，每隔一个齿片采用相连的侧面金属片，这会使得该结构的寄生电容极大的减小，增大会随介电常数变化的有效电容在总电容中的占比，这意味着加载不同介电常数时，电容值的变化倍数会随之增大，即传感器的灵敏度也会随之增大。且齿片间的槽会充满待测液体，没有其他介质的干扰，这会大大增强场的集中性和场液的相互作用。该传感器可用于液体介电常数的检测。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种三维梳状结构微波液体传感器，包括介质基板、上金属层、下金属层、螺旋电感，介质基板一面连接上金属层，介质基板另一面连接下金属层，螺旋电感贯通上金属层、介质基板和下金属层，介质基板一侧形成梳状电容，上金属层引出上连接线，下金属层引出下连接线，齿片间依次交替连接上连接线和下连接线。梳状电容的齿片四周覆盖铜层。
4、通过采用上述技术方案，三维梳状结构微波液体传感器是一种无源微波传感器，为单端口器件。传感器的下半部分为梳状电容，在对齿片的四周进行完全的侧面覆铜后，由上金属层、下金属层分别引出上连接线和下连接线，每隔一个齿片连接到不同的金属层，这会在齿片和齿片之间形成有效电容。该传感器用于检测液体，利用微波技术实现对液体的快速、精准的检测，具有较高的灵敏度和准确性。介质基板连接上下金属层，形成了完整的结构，确保了信号的传输和接收的稳定性和可靠性。螺旋电感贯通上金属层、介质基板和下金属层，形成电感-电容并联到地的谐振结构，提高了传感器的性能和灵敏度。梳状电容的齿片四周覆盖铜层，增加了电容的效果，使得传感器对微波信号的感知更加敏感和精准。齿片间依次交替连接上连接线和下连接线，有效地优化了信号的传输路径，提高了传感器的稳定性和可靠性。
5、进一步设置，所述的上金属层设置微带线，所述的螺旋电感一端连接微带线，螺旋电感另一端连接下金属层。
6、通过采用上述技术方案，微带线的设置可以提高传感器的灵敏度和信号传输效率，能够使传感器更准确地接收和传输微波信号。微带线连接上金属层，通过微带线传输的信号能够更加稳定和可靠地到达螺旋电感，进而影响整个传感器的工作性能。将螺旋电感的一端连接到微带线，另一端连接到下金属层，使得电感与微带线形成紧密的连接，提高了传感器的整体稳定性和传输效率。通过螺旋电感的调整连接方式，优化了信号的传输路径，减少了信号传输过程中的能量损失，提高了传感器对微波信号的感知能力。
7、进一步设置，所述的螺旋电感在上金属层沿顺时针方向由外圈螺旋至内圈，螺旋电感在内圈处贯通上金属层和下金属层，螺旋电感在下金属层沿顺时针方向由内圈螺旋至外圈。
8、通过采用上述技术方案，螺旋电感连接上层的微带线并按顺时针方向螺旋到内圈，贯通到下层时按同样的方向螺旋到外圈并连接到下层金属地，通过这种连接方式形成电感-电容并联到地的谐振结构，能够更有效地捕获和处理微波信号，提高传感器的灵敏度和响应速度。螺旋电感的设计和连接方式优化了信号在传输过程中的路径，减少了信号传输过程中的能量损失，提高了传感器的信号传输效率和稳定性。螺旋电感的螺旋方向和连接方式提高了传感器结构的稳定性，降低了因振动或其他外界因素而导致的信号干扰和误差。
9、进一步设置，所述的微带线包括负载微带线和馈电微带线，负载微带线和馈电微带线对称设置。
10、通过采用上述技术方案，负载微带线和馈电微带线的对称设置有助于平衡传感器中的信号传输路径，减少信号传输过程中的不均匀性，提高了传感器的信号稳定性和准确性。还能够使电磁场在传感器内部更加均匀分布，减少电磁场的不均匀性对传感器性能的影响。对称设置的微带线不仅优化了传感器的信号传输路径，还提高了传感器的整体结构稳定性，降低了传感器因外部环境变化而引起的性能波动。
11、进一步设置，所述的微带线拐角处为弧形拐角，弧形拐角的圆弧半径为微带线宽度的三倍。
12、通过采用上述技术方案，微带线的拐角处采用三倍微带线宽度半径的弧形拐角，以消除拐角带来的寄生不连续电容。弧形拐角还能够减少信号在拐角处的反射和损耗，使得信号传输更加稳定，减少了能量损失。弧形拐角能够降低辐射损耗，减少了信号的辐射损耗，从而提高了传感器的性能和灵敏度。弧形拐角的设置有助于改善微带线的频率特性，使得传感器在更广泛的频率范围内能够工作，提高了传感器的适用性和灵活性。弧形拐角的圆弧半径为微带线宽度的三倍，增加了微带线拐角处的机械强度，减少了由于机械应力而导致的微带线损坏的可能性。
13、进一步设置，所述的介质基板在梳状电容周围形成保护基板。
14、通过采用上述技术方案，保护基板可以有效地保护梳状电容周围的结构，防止其断裂，减少外部环境对梳状电容的影响，延长梳状电容的使用寿命。保护基板能够防止梳状电容受到机械损伤，如碰撞或振动，从而保护梳状电容的完整性和稳定性。保护基板可以降低外部电气干扰对梳状电容的影响，提高了传感器的抗干扰能力，确保传感器的正常工作。
15、进一步设置，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，包括介质基板（1）、上金属层（2）、下金属层（3）、螺旋电感（4），介质基板（1）一面连接上金属层（2），介质基板（1）另一面连接下金属层（3），螺旋电感（4）贯通上金属层（2）、介质基板（1）和下金属层（3），介质基板（1）一侧形成梳状电容（5），上金属层（2）引出上连接线（21），下金属层（3）引出下连接线（31），梳状电容（5）的齿片（51）间依次交替连接上连接线（21）和下连接线（31）。
2.根据权利要求1所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的梳状电容（5）的齿片（51）四周覆盖铜层。
3.根据权利要求1所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的上金属层（2）设置微带线（6），所述的螺旋电感（4）一端连接微带线（6），螺旋电感（4）另一端连接下金属层（3）。
4.根据权利要求3所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的螺旋电感（4）在上金属层（2）沿顺时针方向由外圈螺旋至内圈，螺旋电感（4）在内圈处贯通上金属层（2）和下金属层（3），螺旋电感（4）在下金
5.根据权利要求3所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的微带线（6）包括负载微带线（61）和馈电微带线（62），负载微带线（61）和馈电微带线（62）对称设置。
6.根据权利要求5所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的微带线（6）拐角处为弧形拐角，弧形拐角的圆弧半径为微带线（6）宽度的三倍。
7.根据权利要求1所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的介质基板（1）在梳状电容（5）周围形成保护基板（7）。
8.根据权利要求7所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的保护基板（7）与齿片（51）的齿尖不接触，保护基板（7）紧贴梳状电容（5）两端的齿片。
9.根据权利要求1-8任一项所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的介质基板（1）的材料为Taconic TLY-5。
10.根据权利要求5任一项所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的负载微带线（61）和馈电微带线（62）与地平面之间形成的端口与SMA接头连接。
...【技术特征摘要】
1.一种三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，包括介质基板（1）、上金属层（2）、下金属层（3）、螺旋电感（4），介质基板（1）一面连接上金属层（2），介质基板（1）另一面连接下金属层（3），螺旋电感（4）贯通上金属层（2）、介质基板（1）和下金属层（3），介质基板（1）一侧形成梳状电容（5），上金属层（2）引出上连接线（21），下金属层（3）引出下连接线（31），梳状电容（5）的齿片（51）间依次交替连接上连接线（21）和下连接线（31）。
2.根据权利要求1所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的梳状电容（5）的齿片（51）四周覆盖铜层。
3.根据权利要求1所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的上金属层（2）设置微带线（6），所述的螺旋电感（4）一端连接微带线（6），螺旋电感（4）另一端连接下金属层（3）。
4.根据权利要求3所述的三维梳状结构微波液体传感器，其特征在于，所述的螺旋电感（4）在上金属层（2）沿顺时针方向由外圈螺旋至内圈，螺旋电感（4）在内圈处贯通上金属层（2）和下金属层（3），螺旋电感（4）在下金属层（3...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘佳浩，王大伟，赵文生，胡晓萍，徐军明，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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