[发明专利]基于Kapton 200HN和微流体的多功能传感器

说明书

本发明公开基于Kapton 200HN和微流体的多功能传感器，包括底层被刻蚀了两个刻槽CSRR的金属薄片，中间层介质板Kapton200HN，顶层微带线；第二刻槽CSRR槽环开口相对的直角对齐向环内弯折，实现了最大的边缘电场效应，使得该区域为电场强度最强区域，该区域放置待测样品用于测量磁介质材料的介电常数；第一刻槽CSRR槽环90°向内竖直的区域为电场强度最大，此时可以在这个区域放置蒸馏水来测量周围环境的温度。因此该传感器具备同时测量环境的温度、湿度和磁介质材料介电常数的功能，不仅具有高灵敏度和高精度的优良性能，而且结构简单，小型化、测量范围广、实用性很强。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种微带线激励的传感器，特别涉及一种基于八分之一模的衬底集成波导(Eight Mode Substrate integrated waveguide-EMSIW)的用于测量湿度、温度和磁介质材料介电常数的小型化微波传感器。

背景技术

近年来，随着人们在工业领域和家庭生活对舒适性和安全性的不断追求，温度、湿度、空气质量传感器等各种环境传感器技术得到了广泛的应用，除此之外，磁介质材料已在雷达、电子对抗、遥感遥测、微波通信、卫星通信、导弹制导等领域得到了广泛的应用，其中介电常数是磁介质材料的重要的微波参数。因此如何快速、准确测量温度、湿度和介电常数，已经得到了电子、通信等相关领域的重视。

在传统的湿度传感器中，光纤湿度传感器虽然具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰等优点，但是这些湿度传感器要么制造成本昂贵，要么就很容易受到光源强度的干扰。

在传统的温度传感器中，往往使用的是热电偶/热电堆或热敏电阻等电子温度传感设备，热敏电阻虽然凭借成本低，功耗小的特点而得到人们的青睐，但是它们所能测得范围却只有-100℃-500℃，所测的范围有限；热电偶虽然工作温度可扩展到2300℃以上，但是它们的灵敏度相当低，容易对实验造成不必要的误差。

在磁介质材料的电性能表征方面，其中基于谐振的方法由于其精度高、灵敏度高、成本低等优点，常受到人们的青睐，在这种方法中，由于被测样品加载到谐振器上，引起谐振器的谐振频率的变化，从而为磁介质材料的介电常数的测量提供了可靠的依据。然而那些传感器往往功能单一，无法满足电路的小型化、集成化的要求。

因此为了解决上述所提的问题，本次申请的基于Kapton 200HN和微流体的多功能传感器，不仅能用于测量环境的温度和湿度，而且我们还可以对磁介质材料的介电常数进行同时测量，而其中温度、湿度、样品介电常数测量的多功能的集成，不但提高了小型化传感器的实用性，而且更能体现我们的一大创新。

发明内容

本发明的目的主要针对现有技术的不足，提出了一种结构简单、高灵敏度、高Q值、测量范围广以及具备同时测量温度、湿度、介电常数功能的微波传感器。该传感器是在八分之一模式的衬底集成波导(EMSIW)的结构的基础上，采用微带线激励进行设计的。

本发明按以下技术方案实现：

一种微波传感器，该微波传感器为单端口器件，分为三层结构；

顶层包括金属补丁、微带线和一个SMA连接头；

中间层采用湿度敏感介质板Kapton200HN；Kapton 200HN学名是聚酰亚胺，其介电常数是随湿度线性变化的一种介质板，其厚度是50μm；

底层包括金属薄片、两个刻槽CSRR结构、一个微流体通道；

金属补丁上设有若干等距排布用于耦合金属薄片的金属通孔；由金属补丁、微带线、介质板Kapton200HN、金属薄片、金属通孔构成八分之一模式的衬底集成波导(EMSIW)；

在金属补丁的电壁上连接有微带线，金属补丁在微带线两侧开有轴对称的L型缝隙(左侧L型缝隙为顺时针旋转180°后的L结构，右侧L型缝隙与左侧L型缝隙关于微带线轴对称)；