[发明专利]基于复合左右手传输线的多端口宽带相消型传感器

说明书

本发明公开了基于复合左右手传输线的多端口宽带相消型传感器，包括第一环形耦合器、第二环形耦合器和两个连接线；两个连接线的两端分别与第一环形耦合器的两个信号输出端口及第二环形耦合器的信号输入端口相连，第一、二环形耦合器的另外三个端口可根据需求设置为传感器的端口或者末端加载匹配负载，从而使得传感器能够在双端口、三端口、四端口及五端口之间自由调谐；在两个连接线的中分别加载了复合左右手支节，用作测试区域使用，在测试区域设置有微流通道，微流通道设置有液体样品的进口和出口。本发明灵敏度高，频带宽，检测方法简单，易于集成，具有与其他装置组合成微型分析系统的潜质。

技术领域

本发明属于微波测量技术领域，具体涉及一种基于复合左右手传输线的多端口宽带相消型传感器。

背景技术

随着被测物体积的减小，传感器的灵敏度成为关键设计参数之一，如对细胞悬浮液、粒子重组介质、DNA大生物分子重组等组份检测时，传统的测试方案因为灵敏度而无法识别这些组份的微小变化。一种有效解决方案是采用相消型传感器，该类型传感器采用信号干涉相消的技术，有效地消除了传输线的背景噪声，实现了弱背景信号下的强测试。该技术得到了国际上众多研究者的喜爱，并实现了细胞等微小样品的介电特性的测试。近年来，越来越多的研究者从最初的点频测试方案出发，不断提出宽带测试方案。目前已报道宽带测试方案是文献“Y.Cui and P.Wang,The design and operation of ultra-sensitiveand tunable radio-frequency interferometers[J],IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques,2014,62(12):3172–3182.”,“Kozhevnikov,Alexay，Widebandradio-frequency device for measurements of dielectric properties of smallvolumes of liquids[J].Measurement Science and Technology,2010,21(4):043001.”,和“Saghati A P,Batra J S,Kameoka J,et al.A Metamaterial-Inspired WidebandMicrowave Interferometry Sensor for Dielectric Spectroscopy of LiquidChemicals[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2017:1-14.”这些文献中均采用了非集成的模块来实现宽带的测试方案，虽然取得了很好的效果，但是难以实现易集成的宽带小型化的解决方案，且这些方案大都是双端口测试，而多频、宽带、小型化技术一直是微波测试领域内永恒的研究主题，因此提供高灵敏度的宽带、多频检测方案是探索微波与介质相互作用机理的重要手段之一。

近年来，由于微波技术的不断发展，尤其是基于复合左右手传输线的迅猛发展，为各种信息元件的新突破提供了新的契机，在各行各业引起了广泛的重视。电磁超介质所具有的亚波长谐振、负折射、完美透镜、能量汇聚及表面波抑制等特性使其在微波测试领域得到科研工作者的喜爱。在微波测试领域，通过引入复合左右手传输线还可以展宽微波器件的测试带宽、减小器件尺寸及提高测试灵敏度等特点。

鉴于此，本发明提出了一种新型的相消型传感器，该传感器基于混合左右手传输线构造的带宽增强型环形耦合器，属于端口可调谐的多端口测试装置，可根据需要将测试装置设置为双端口、三端口、四端口及五端口。由于在设计过程中引入了复合左右手传输线，可使宽带多端口微波传感器呈现对称状态，从而减小了器件的尺寸，使器件具备低剖面、小型化、加工方便、价格低廉及易与集成等优点。除此之外，我们在传感器的测试区域加载了复合左右手支节，增强了测试区域的电场，进一步提高了测试灵敏度。

发明内容

针对现有的相消型传感器中存在的带宽窄、尺寸大等的问题，本发明的目的是提供一种基于复合左右手传输线的多端口宽带相消型传感器，该传感器可敏感感知微流体介电特性及其微小变化。