[发明专利]可重构四分之一模基片集成波导微波微流控传感器

说明书

本发明公开可重构四分之一模基片集成波导微波微流控传感器。顶层包括两个结构相同的单元，每个单元包括金属补丁、微带线和SMA连接头；中间层为介质板；底层包括金属薄片、刻槽CSRR结构。金属补丁为四分之一圆的扇形结构，在每个四分之一圆的扇形结构中，其中两条互相垂直的直角边上在靠近圆心处的场强最强，因此为了电场更好的辐射，将CSRR刚好设计在两个四分之一圆扇形结构的正下方，而事先挖有微流体通道的PDMS刚好放在CSRR的正下方，让辐射的电场最大程度的穿过PDMS中流过的液体，从而提高该传感器的灵敏度。穿过PDMS中所需液体的体积较小，避免了样品液体的浪费，防止环境的污染。

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，特别涉及一种基于衬底集成波导(Substrate Integrated Waveguide-SIW)的用于测量乙醇溶液的介电常数的小型化微波传感器。

背景技术

乙醇在制药、医疗诊断、学术和饮料工业等领域有着广泛的应用，在这样的环境中，必须有低成本、小型化、潜在的安全和高灵敏度的传感器设备在环境温度下工作，从而准确地分析和监测乙醇浓度。因此如何对液体的介电常数实现准确、快速的测量，已经成为目前学术界和工业界共同关注的热点。

近年来，电化学传感器作为最先进的传感器，在检测乙醇浓度方面做出了卓越的贡献。在该类传感器中，当气体分子被吸附时，金属氧化物半导体(MOS)传感器的电阻会发生变化。分析物浓度的变化被用来表征合成电流。然而尽管MOS传感器表现出卓越的灵敏度，但是他们却很容易遭受一个火花的风险，并且在电气连接和高温方面容易导致高功耗。另外一方面，光传感器利用传感器表面的感受器/位置，当光源照射时，感受器/位置对特定波长敏感，从而提供波长移动、光谱变化、颜色变化或光强度偏差方面的信息。由于它们可以在环境温度下工作，同时不需要电连接，因此在一定程度上弥补了MOS传感器的不足。然而，由于它们体积庞大，很难集成到小型化系统中

如今微流控通道与射频元件的集成开创了一个非常有用的领域，在这个领域中，在微流控通道中充满着非常小体积液体能够影响着整个结构的谐振频率的频点和幅值，然而就目前用于微流体表征的微流控传感器来看，它们的灵敏度都往往不高，较低的灵敏度容易对实验造成不必要的误差。

因此，为了解决上述的问题，本次申请可重构四分之一模基片集成波导微波微流控传感器结构，以此来提高微流控传感器的实用性，其中该传感器的超高的灵敏度的设计以及待测液体的较小的使用量便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、测量范围广的实现对不同浓度的乙醇溶液介电常数测量的微波传感器。该传感器是在衬底集成波导(SIW)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，该微波传感器为双端口器件，一共分为三层结构；

顶层包括两个结构相同的单元，每个单元包括金属补丁、微带线和SMA连接头；

中间层为介质板；

底层包括金属薄片、刻槽CSRR结构；

所述金属补丁为四分之一圆的扇形结构，扇形的一直角边与微带线的一端连接，微带线的另一端与输入端口或输出端口连接，然后输入端口或输出端口接SMA连接头；金属补丁与微带线的连接端开有一端开放的L形缝隙；该L形缝隙与扇形的两直角边朝向相同，且L形缝隙紧靠扇形的其中一条直角边；

所述金属补丁上设有若干沿着扇形弧边等距排布(优选相距10°)的金属通孔，用以耦合底部金属薄片；

两个单元的金属补丁的与微带线连接边平行设置，且金属补丁的扇形弧边朝外设置；

两个金属补丁的扇形圆心X轴向相距一定距离；两个单元的金属补丁的与微带线连接的扇形直角边与微带线总长度大于介质板Y轴向长度；