[发明专利]一种基于LTCC天线的等离子体密度测量传感器

说明书

本发明公开了一种基于LTCC天线的等离子体密度传感器，其结构总共分为三层，包括上下两层LTCC介质层，以及在LTCC介质板表面镶嵌金属铜贴片、接地板、金属通孔的中间层。中间层可以分为三部分，其中在介质LTCC的上表面有馈电结构、金属贴片，下表面有接地板、金属贴片，上下表面通过金属通孔连通。将天线放置在一个球形的等离子体内部，当等离子体的密度发生变化时，该天线的谐振频率发生规律的变化，通过该天线装置进行测量等离子体的密度。通过选择适当大小的介质板、金属贴片和馈电结构，以及它们的位置，可以在一定范围内让天线的谐振频率随等离子体密度发生有规律的变化，从而完成对等离子体密度的测量。

技术领域

本发明涉及一种等离子体密度测量传感器，尤其是一种基于LTCC天线的等离子体密度测量传感器，属于微波器件、传感器技术领域，可应用于检测工业等离子体密度和航空航天中的等离子体密度测量等领域。

背景技术

随着现在无线技术及微波电路的迅猛发展，天线作为各种无线通信设备中必不可少的元器件，获得了广泛的应用和重要的技术进展。而在等离子体浓度测量方面，自从上世界60年代至70年代，等离子体测量研究空前繁荣，出现了大量关于等离子测量系统的文章，也提出了很多等离子测量方法。随着科学技术的发展，近年来，等离子体测量技术不断进步，主要包括探针法、光谱法、质谱法和微波法等，针对不同情况，可以选用不同的方法。

应用天线制作传感器有一些传统传感器所没有的优势，比如本发明的基于LTCC天线的等离子体密度测量传感器，相比于其它测量方式更简单，成本更低，且由于LTCC天线易集成，可以集成在电路板上成为电路中的一个测量模块。随着新兴传感技术和交叉学科的发展，以及集成电路的迅速发展，可集成的射频电路元器件一定会成为研究热点。

LTCC天线具有重量轻、体积小、制作简单、成本低等优势，广泛用于集成电路领域。球形等离子体密度发生变化时，该天线的谐振频率也会随之发生变化，由此可以制作等离子体密度传感器。本发明通过将LTCC天线内置于等离子体中进行测量，利用等离子体密度的变化与该天线的谐振频率之间的关系来制作传感器。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于LTCC天线的等离子体密度测量传感器，天线与等离子体结合，对等离子体密度进行测量，在一定的范围内测量的等离子体密度与LTCC天线的谐振频率之间呈现显著相关性，通过曲线拟合发现该天线测力传感器测量结果可靠。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于LTCC天线的等离子体密度测量传感器，包括由上中下三层LTCC介质板结构组成的天线装置，所述中间层LTCC介质板的表面分别镶嵌有金属铜贴片、接地板及金属通孔；所述天线装置放置于球形的等离子体内部，当等离子体密度发生变化时，所述天线装置的谐振频率发生变化，所以可以根据天线谐振频率随等离子体密度的变化关系，实现等离子体密度测量传感器。

进一步的，所述中间层LTCC介质板分为三层结构，包括中间层LTCC介质板的上、下表面及安装于二者之间用于连接的圆柱体金属铜通孔；

所述上表面具有馈电结构及上表面金属铜辐射贴片，所述上表面金属铜辐射贴片由四块倒“Z”字形金属铜辐射贴片以及一块倒“L”字形金属铜辐射贴片组成，四块倒“Z”字形金属铜辐射贴片的相同位置上开了一个相同大小的长方体槽，所述下表面由下表面金属铜辐射贴片及金属铜接地板构成，所述下表面金属铜辐射贴片由四块倒“L”字形金属铜辐射贴片构成，四块倒“L”字形金属铜辐射贴片的相同位置上开了一个相同大小的长方体槽，所述中间层LTCC介质板的中间开有8个圆柱形通孔并填入圆柱形铜，用来连接介质板上下表面的金属铜辐射贴片。

进一步的，为了使阻抗匹配更好，各倒“L”字形金属铜辐射贴片的短边均比其它金属铜宽。

进一步的，所述中间层LTCC介质板是整个天线装置的核心部分，上下两层的LTCC介质可以起到保护内部天线的功能，同时又能使天线外层的等效介电常数变大，从而得到更窄的带宽，得到更窄的带宽有利于扩大传感器的测量量程。