一种微波固体传感器及其检测方法技术

本发明专利技术提供了一种微波固体传感器及其检测方法，该微波固体传感器包括：沿厚度方向依次设置的金属层、柔性基板层和微带线层；所述柔性基板层用于支撑所述金属层和所述微带线层；所述金属层上设置有互补螺旋形谐振环电磁结构，所述互补螺旋形谐振环电磁结构用于放置待测介质材料并形成强电场，所述互补螺旋形谐振环电磁结构由曲线形凹槽结构组成；所述微带线层用于连接矢量网络分析仪，并获取待测介质材料的谐振频率。将待测介质材料放置于微波固体传感器之上时，互补螺旋谐振环结构的谐振频率发生剧烈变化，因此使得本发明专利技术中的微波固体传感器具有较高的灵敏度特性和较高的测量精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种微波固体传感器及其检测方法


[0001]本专利技术实施例涉及于固体特性检测传感器
，特别涉及一种微波固体传感器及其检测方法。

技术介绍

[0002]通常来说，介质材料的相对介电常数直接影响天线的谐振频率、阻抗带宽和增益等一系列性能指标。因此，无论是微波介质基板的加工制造，或者是成品微波印刷PCB板的设计、加工和调试过程中，介质材料的相对介电常数的检测都是至关重要的，需要通过准确、高效、简单易行的方法进行测量。
[0003]微波测量技术以其实时性、无损性、低成本以及便捷高效等优点而被广泛应用于生物医学、浓度检测、固体与液体质量检测等领域；然而，现有技术中的微波检测技术仍然存在灵敏度低、操作复杂和成本高的缺点。因此，有必要研究一种灵敏度较高的微波固体传感器及其检测方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种微波固体传感器及其检测方法，该微波固体传感器具有较高的灵敏度特性并且具有较高的测量精度。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种微波固体传感器，包括：沿厚度方向依次设置的金属层、柔性基板层和微带线层；
[0006]所述柔性基板层用于支撑所述金属层和所述微带线层；
[0007]所述金属层上设置有互补螺旋形谐振环电磁结构，所述互补螺旋形谐振环电磁结构用于放置待测介质材料并形成强电场，所述互补螺旋形谐振环电磁结构由曲线形凹槽结构组成；
[0008]所述微带线层用于连接矢量网络分析仪，并获取待测介质材料的谐振频率。
[0009]优选的，所述曲线形凹槽包括第一弧形凹槽、第二弧形凹槽和直线形凹槽，所述第一弧形凹槽的圆心和所述第二弧形凹槽的圆心相同，所述第一弧形凹槽和所述第二弧形凹槽之间存在间隔，所述第二弧形凹槽的半径大于所述第一弧形凹槽的半径；
[0010]所述第一弧形凹槽包括第一端点和第二端点，所述第二弧形凹槽包括第三端点和第四端点，所述第一端点和所述第三端点相连接的线与所述第二端点和所述第四端点相连接的线段相互平行，所述第一端点和所述第四端点通过所述直线形凹槽相连接。
[0011]优选的，所述曲线形凹槽贯穿所述金属层；
[0012]所述第一端点和所述第二端点之间的距离以及所述第三端点和所述第四端点之间的距离均为0.4～0.6mm；
[0013]所述第一弧形凹槽和所述第二弧形凹槽的弧线宽度均为0.4～0.5mm，所述第一弧形凹槽和所述第二弧形凹槽的间隔距离为0.4～0.5mm；
[0014]所述第一弧形凹槽的半径为1.8～2.2mm，所述第二弧形凹槽的半径为2.8～
3.2mm。
[0015]优选的，所述曲线形凹槽位于所述金属层的中央区域；
[0016]所述金属层为镀铜层，所述金属层的厚度为0.035mm。
[0017]优选的，所述柔性基板层为Rogers RT/Duroid 5880板材，所述柔性基板层的相对介电常数为2.2，损耗角正切0.0009。
[0018]优选的，所述柔性基板层的长度为20～30mm，宽度为25～35mm，厚度为0.5～1mm。
[0019]优选的，所述微带线层位于所述柔性基板层的中央区域，所述微带线层为矩形镀铜层；
[0020]所述微带线层的长度为20～30mm，宽度为2～3mm，厚度为0.035mm。
[0021]优选的，所述谐振频率与所述待测介质材料的介电常数和厚度的关系式为：
[0022]f＝2.9524
‑
0.1383ε
r
‑
0.0093ε
r2
[0023]f＝2.256
‑
0.017h+0.002h2[0024]其中，f为待测介质材料的谐振频率，ε
r
为待测介质材料的介电常数，h为待测介质材料的厚度。
[0025]优选的，所述微带线层的两端设有SMA接头，所述微带线层通过所述SMA接头与矢量网络分析仪连接以形成待测介质材料检测系统。
[0026]第二方面，本专利技术提供了一种上述第一方面任一项所述的微波固体传感器在检测介质材料的介电常数中的应用。
[0027]第三方面，本专利技术提供了一种应用上述第一方面任一项所述的微波固体传感器进行检测介质材料的介电常数的检测方法，该检测方法包括：
[0028]将待测介质材料放置于微波固体传感器的互补螺旋形谐振环电磁结构之上，通过矢量网络分析仪获得所述待测介质材料的谐振频率；
[0029]根据所述谐振频率与所述待测介质材料的介电常数和厚度的关系式计算待测介质材料的介电常数和厚度。
[0030]本专利技术与现有技术相比至少具有以下有益效果：
[0031]本专利技术实施例提供了一种微波固体传感器，通过在金属层上设置互补螺旋形谐振环电磁结构，将待测的介质基板置于互补圆形螺旋谐振环电磁结构之上时，微波固体传感器能够形成等效电容和等效电感，结合微波固体传感器的谐振频率大小，进而获得待测介质材料的介电常数。将待测介质材料放置与微波固体传感器之上时，互补螺旋谐振环结构的谐振频率发生剧烈变化，因此使得本专利技术中的微波固体传感器具有较高的灵敏度特性和较高的测量精度。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1是本专利技术一实施例提供的一种微波固体传感器的主视图；
[0034]图2是本专利技术一实施例提供的一种微波固体传感器的俯视图；
[0035]图3是本专利技术一实施例提供的一种微波固体传感器的仰视图；
[0036]图4是本专利技术一实施例提供的一种微波固体传感器检测待测介质材料时的结构示意图；
[0037]图5是本专利技术一实施例提供的一种微波固体传感器测得的不同介质材料(厚度均为2mm)的透射系数；
[0038]图6是本专利技术一实施例提供的一种微波固体传感器测得的不同厚度的环氧树脂介质材料的透射系数；
[0039]图中：100
‑
金属层，200
‑
柔性基板层，300
‑
微带线层，101
‑
互补螺旋形谐振环电磁结构，102
‑
曲线形凹槽结构，1021
‑
第一弧形凹槽，1022
‑
第二弧形凹槽，1023
‑
直线形凹槽，1024
‑
第一端点，1025
‑
第二端点，1026
‑
第三端点，1027
‑
第四端点。
具体实施方式
[0040]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波固体传感器，其特征在于，包括：沿厚度方向依次设置的金属层、柔性基板层和微带线层；所述柔性基板层用于支撑所述金属层和所述微带线层；所述金属层上设置有互补螺旋形谐振环电磁结构，所述互补螺旋形谐振环电磁结构用于放置待测介质材料并形成强电场，所述互补螺旋形谐振环电磁结构由曲线形凹槽结构组成；所述微带线层用于连接矢量网络分析仪，并获取待测介质材料的谐振频率。2.根据权利要求1所述的微波固体传感器，其特征在于，所述曲线形凹槽包括第一弧形凹槽、第二弧形凹槽和直线形凹槽，所述第一弧形凹槽的圆心和所述第二弧形凹槽的圆心相同，所述第一弧形凹槽和所述第二弧形凹槽之间存在间隔，所述第二弧形凹槽的半径大于所述第一弧形凹槽的半径；所述第一弧形凹槽包括第一端点和第二端点，所述第二弧形凹槽包括第三端点和第四端点，所述第一端点和所述第三端点相连接的线与所述第二端点和所述第四端点相连接的线段相互平行，所述第一端点和所述第四端点通过所述直线形凹槽相连接。3.根据权利要求2所述的微波固体传感器，其特征在于，所述曲线形凹槽贯穿所述金属层；所述第一端点和所述第二端点之间的距离以及所述第三端点和所述第四端点之间的距离均为0.4～0.6mm；所述第一弧形凹槽和所述第二弧形凹槽的弧线宽度均为0.4～0.5mm，所述第一弧形凹槽和所述第二弧形凹槽的间隔距离为0.4～0.5mm；所述第一弧形凹槽的半径为1.8～2.2mm，所述第二弧形凹槽的半径为2.8～3.2mm。4.根据权利要求1所述的微波固体传感器，其特征在于，所述曲线形凹槽位于所述金属层的中央区域；所述金属层为镀铜层，所述金属层的厚度为0.035mm。5.根据权利要求1所述的微波固体传感器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张幸运，白杨，任群亭，刘顺，吕鸣，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：