專利名稱:一種基于車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器，包括車輪型金屬貼片、第一介質(zhì)基板、微帶傳輸線、同軸?微帶轉(zhuǎn)換器、激發(fā)接收裝置第二介質(zhì)基板和金屬底片，所述車輪型金屬貼片設置于第一介質(zhì)基板上表面，所述微帶傳輸線設置于第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板之間，且所述微帶傳輸線的兩端分別設置有同軸?微帶轉(zhuǎn)換器與激發(fā)接收裝置相連接，所述第二介質(zhì)基板的下表面設置金屬底片。本實用新型采用閉合的車輪型金屬貼片構成諧振腔，并通過微帶傳輸線進行激發(fā)形成諧振，該傳感器對于兩塊介質(zhì)基板之間的距離非常敏感，使得該傳感器除了能夠檢測被測物料的密度、濃度和水分等以外的物理參數(shù)，還能檢測被測物料的厚度，增加了傳感器的功能，擴大了其應用領域。
【專利說明】
一種基于車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器
技術領域
[0001]本實用新型屬于微波應用技術領域，具體涉及一種利用微帶傳輸線與車輪型金屬貼片之間的耦合作用形成諧振，并根據(jù)傳輸系數(shù)諧振峰位置和幅度的變化反演待測樣品物理參數(shù)的車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器?！颈尘凹夹g】
[0002]微波頻段諧振型傳感器通常是在一塊介質(zhì)基板上設計成圓形、方形或褶皺貼片結構。根據(jù)電磁場理論，最大場強會出現(xiàn)在開口或褶皺貼片表面處。其傳感原理為，將被測物料引入到開口或褶皺貼片表面，被測物料的物理參數(shù)的不同，如濃度、密度和水分等，會使傳感器的諧振峰位置和幅度發(fā)生線性變化，通過傳感器輸出信息反演樣品參數(shù)，以此完成檢測過程。但是這類傳感器的功能一般比較單一，有的傳感器對被測物料的類型有限制，比如只能是固體;有的傳感器只能檢測被測物料的某一類物料參數(shù)，如濃度、密度和水分等。 這些缺點都限制了傳感器的應用領域，同時妨礙其推廣。
[0003]中國專利ZL201310055856.4設計了一種微帶表面回音壁模傳感器，在諧振狀態(tài)下，最大電場位于褶皺結構表面，通過將待測物料引入到褶皺表面完成檢測過程。雖然該設計具有易操作、結構簡單等優(yōu)點。但其功能單一，不能滿足需求，因此有必要設計一種包含多種用途的傳感器。【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種靈敏度高、功能多的基于車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器包括車輪型金屬貼片、第一介質(zhì)基板、微帶傳輸線、同軸_微帶轉(zhuǎn)換器、激發(fā)接收裝置、第二介質(zhì)基板和金屬底片，所述車輪型金屬貼片設置于第一介質(zhì)基板上表面，所述微帶傳輸線設置于第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板之間，且所述微帶傳輸線的兩端分別設置有同軸-微帶轉(zhuǎn)換器與激發(fā)接收裝置相連接，所述第二介質(zhì)基板的下表面設置金屬底片。
[0006]本實用新型利用車輪型金屬貼片結構在微波頻段的等效介電常數(shù)為負的特征，以及在負介電常數(shù)材料與正介電常數(shù)材料分界面上將形成表面波的基本原理，將等效為負介電常數(shù)材料、彎曲形成閉環(huán)的車輪型金屬貼片附著于第一介質(zhì)基板上，并通過微帶傳輸線激發(fā)車輪型金屬貼片，將場耦合到其表面，形成諧振;金屬底片主要起接地作用；同軸-微帶轉(zhuǎn)換器用于實現(xiàn)同軸電纜傳輸模式與微帶傳輸模式的相互轉(zhuǎn)換;激發(fā)接收裝置包括激發(fā)單元和接收單元兩部分，激發(fā)單元用于產(chǎn)生頻率可調(diào)的微波信號，接收單元用于檢測微帶傳輸線的輸出信號，它們共同完成環(huán)境媒質(zhì)物理參數(shù)的檢測。
[0007]本實用新型中的車輪型金屬貼片和第一介質(zhì)基板共同組成諧振結構，微帶傳輸線用于激發(fā)所述的諧振結構，當在該諧振結構凹槽或兩塊介質(zhì)基板之間引入被測物料時，該諧振結構的諧振頻率和幅度與被測物料的介電常數(shù)或厚度信息以及損耗信息有關，被測物料的介電常數(shù)越高或厚度越低諧振頻率越低，被測物料的損耗越大諧振幅度越低，檢測得到的諧振頻率和諧振幅度包含了被測物料的介電常數(shù)信息或厚度信息以及損耗信息，很好的拓展了傳感器的檢測功能。本實用新型提供的傳感器對于兩塊介質(zhì)基板之間的距離非常敏感，使得該傳感器除了能夠檢測被測物料的密度、濃度和水分等以外的物理參數(shù)，還能檢測被測物料的厚度，增加了傳感器的功能，擴大了其應用領域?！靖綀D說明】
[00〇8]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0009]圖2為圖1的A-A剖視圖；
[0010]圖3為被測物料在不同介電常數(shù)下的仿真曲線；
[0011]圖4為被測物料在不同厚度下的仿真曲線；
[0012]圖中:1-車輪型金屬貼片、2-第一基板、3-微帶傳輸線、4-同軸-微帶轉(zhuǎn)換器、5-激發(fā)接收裝置、6-第二介質(zhì)基板、7-金屬底片?！揪唧w實施方式】
[0013]如圖1和圖2所示，本實用新型提供的車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器車輪型金屬貼片1、第一介質(zhì)基板2、微帶傳輸線3、同軸-微帶轉(zhuǎn)換器4、激發(fā)接收裝置5、第二介質(zhì)基板6和金屬底片7，所述車輪型金屬貼片1設置于第一介質(zhì)基板2上表面，所述微帶傳輸線3 設置于第一介質(zhì)基板2和第二介質(zhì)基板6之間，且所述微帶傳輸線3的兩端分別設置有同軸-微帶轉(zhuǎn)換器4與激發(fā)接收裝置5相連接，所述第二介質(zhì)基板6的下表面設置金屬底片7。
[0014]所述車輪型金屬貼片1為閉合結構，其周長是電磁波波長的整數(shù)倍，其褶皺的尺寸小于電磁波波長。
[0015]所述車輪型金屬貼片1中的環(huán)槽和邊緣寬度為電磁波波長的0.02?0.04倍。[〇〇16]所述第一介質(zhì)基板2和第二介質(zhì)基板6采用聚四氟乙烯制作或者采用氧化鋁制作。
[0017]所述的車輪型金屬貼片1和第一介質(zhì)基板2共同組成諧振結構，微帶傳輸線3用于激發(fā)所述的諧振結構，當在該諧振結構凹槽或兩塊介質(zhì)基板之間引入被測物料時，該諧振結構的諧振頻率和幅度與被測物料的介電常數(shù)或厚度信息，以及損耗信息有關，被測物料的介電常數(shù)越高或厚度越低諧振頻率越低，被測物料的損耗越大諧振幅度越低，檢測得到的諧振頻率和諧振幅度包含了被測物料的介電常數(shù)信息或厚度信息或者損耗信息;所述同軸-微帶轉(zhuǎn)換器4是SMA接頭，用于連接激發(fā)接收裝置5和微帶傳輸線3，所述激發(fā)接收裝置5 用于產(chǎn)生和檢測掃頻信號。[〇〇18] 實施例1[0〇19] 采用內(nèi)半徑;r=7mm，外半徑R=19mm，厚度t=0.018mm的微帶金屬貼片制作車輪型金屬貼片1，裙皺數(shù)N=40,裙皺周期d=2.8mm，裙皺的縫寬a=l.7mm，裙皺深度h=5mm，環(huán)槽和邊緣寬度u=l.5mm，微帶傳輸線3的長度L=55.4mm，導帶寬度w=l ? 1mm;第一介質(zhì)基板2選用材料 FR4制作，其厚度e=l.016mm，其介電常數(shù)為3.48。
[0020]采用全波三維電磁仿真軟件Ansoft HFSS進行仿真，在車輪型金屬貼片1的凹槽內(nèi)引入被測物料，若被測物料為流體時，則使流體樣品引入到小管內(nèi)，將小管放置于車輪型金屬貼片1中環(huán)槽內(nèi)，如圖3所示，對于介電常數(shù)為1、2、3、4、5的被測物料，仿真得到的吸收峰頻率點分別為3.36GHz、3.28GHz、3.21GHz、3.15GHz、3.09GHz，其幅度值分別為-22.967dB、-22.1157 dB、-22.0268 dB、-19.4219 dB、-22.3764 dB;因此得出，被測物料的介電常數(shù)越大，其諧振頻率點越低;待測物料損耗越大，其諧振幅度值越低。利用諧振頻率點與被測物料介電常數(shù)的關系可以有效的判斷出被測物料的物理參數(shù)。[〇〇21]同樣利用仿真軟件Ansoft HFSS進行仿真，在兩塊介質(zhì)基板之間引入被測物料， 同時將被測物料的厚度設置為0-0.4mm，間隔為0.1mm進行參數(shù)掃描。如圖4所示，對于厚度為〇mm、0 ? 1 mm、0 ? 2mm、0 ? 3mm、0 ? 4mm的被測物料，仿真得到的吸收峰頻率點分別在 3 ? 82GHz、3 ? 77GHz、3 ? 68GHz、3 ? 52GHz、3 ? 36GHz，其幅度值分別為-11 ? 6337dB、-14 ? 3092 dB、-16.5261 dB、-16.9903 dB、-22.9343 dB。因此得出，被測物料的厚度越大，其諧振頻率點越高;待測物料損耗越大，其諧振幅度值越低。利用諧振頻率點與被測物料厚度的關系可以有效的判斷出被測物料的物理參數(shù)，即本實用新型提供的傳感器對于兩塊介質(zhì)基板之間的距離非常敏感，使得該傳感器除了能夠檢測被測物料的密度、濃度和水分等以外的物理參數(shù)，還能檢測被測物料的厚度，增加了傳感器的功能，擴大了其應用領域。
[0022]上面結合附圖對本實用新型的實施方式進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出許多形式，這均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。
【主權項】
1.一種基于車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器，其特征在于，包括車輪型金屬貼片(1)、第一介質(zhì)基板(2)、微帶傳輸線(3)、同軸-微帶轉(zhuǎn)換器(4)、激發(fā)接收裝置(5)、第二介質(zhì)基板(6)和金屬底片(7)，所述車輪型金屬貼片(I)設置于第一介質(zhì)基板(2)上表面，所述微帶傳輸線(3)設置于第一介質(zhì)基板(2)和第二介質(zhì)基板(6)之間，且所述微帶傳輸線(3)的兩端分別設置有同軸-微帶轉(zhuǎn)換器(4)與激發(fā)接收裝置(5)相連接，所述第二介質(zhì)基板(6)的下表面設置金屬底片(7)。2.根據(jù)權利要求1所述的基于車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器，其特征在于:所述車輪型金屬貼片(I)為閉合結構，其周長是電磁波波長的整數(shù)倍，其褶皺的尺寸小于電磁波波長。3.根據(jù)權利要求1所述的基于車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器，其特征在于:所述車輪型金屬貼片(I)中的環(huán)槽和邊緣寬度為電磁波波長的0.02-0.04倍。4.根據(jù)權利要求1所述的基于車輪型諧振結構的類表面模微帶傳感器，其特征在于:所述第一介質(zhì)基板(2)和第二介質(zhì)基板(6)采用聚四氟乙烯制作或者采用氧化鋁制作。
【文檔編號】G01D5/48GK205719025SQ201620378480
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】李錫明, 楊晶晶, 戴興征, 黃孟陽, 黃銘
【申請人】云南大學