一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器及其制备方法，包括：第一基片集成波导结构、第二基片集成波导结构和空气波导结构；所述空气波导结构设置于所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构之间，所述空气波导结构的内部介质为空气，内部设置有若干测量区域，所述测量区域用于添加待测量物质的掺杂材料；所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构的外边均设置有若干金属化过孔；所述第一基片集成波导结构设置有第一同轴馈线，所述第二基片集成波导结构设置有第二同轴馈线。本发明专利技术解决了现有技术中传感器测量精度低、测量效率低的技术问题。测量精度低、测量效率低的技术问题。测量精度低、测量效率低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电力物联网、智能家居、智慧城市的快速发展，环境的温度、湿度以及有害气体需要实时监测。为降低成本、提高测量精度，用于同时监测环境中多个参数变化的传感器被提出。
[0003]EMNZ媒质是一种相对介电常数和相对磁导率近零媒质，ENZ媒质即为近零折射率媒质，目前针对多参数测量的传感器，例如：温湿度传感器，还存在未考虑两个谐振器之间的耦合作用、谐振器会受到除待测参数外的影响以及无法独立调控不同待测参数的问题，导致所检测到温湿度参数的均方误差较大。
[0004]因此，目前亟需一种能够对环境的温湿度进行有效且准确的测量的传感器。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器及其制备方法，以解决现有技术中传感器测量精度低、测量效率低的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器，包括：第一基片集成波导结构、第二基片集成波导结构和空气波导结构；
[0007]所述空气波导结构设置于所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构之间，所述空气波导结构的内部介质为空气，内部设置有若干测量区域，所述测量区域用于添加待测量物质的掺杂材料；
[0008]所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构的外边均设置有若干金属化过孔；所述第一基片集成波导结构设置有第一同轴馈线，所述第二基片集成波导结构设置有第二同轴馈线。
[0009]作为优选方案，所述空气波导结构为两端开放且四周由金属板封闭的长方体结构；
[0010]所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构分别设置于所述空气波导结构中开放的一端。
[0011]作为优选方案，所述第一基片集成波导结构，包括：上层金属板、下层金属板以及设置于所述上层金属板和所述下层金属板之间的中间基质层；
[0012]所述第一同轴馈线不与所述下层金属板连接，所述下层金属板设置有一使所述第一同轴馈线穿过的第一通孔。
[0013]作为优选方案，所述第二基片集成波导结构，包括：上层金属板、下层金属板以及设置于所述上层金属板和所述下层金属板之间的中间基质层；
[0014]所述第二同轴馈线不与所述下层金属板连接，所述下层金属板设置有一使所述第
二同轴馈线穿过的第二通孔。
[0015]作为优选方案，所述金属化过孔均匀设置于所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构的外边边线上。
[0016]作为优选方案，所述空气波导结构内部设置的测量区域的数量为2。
[0017]作为优选方案，所述测量区域所添加待测量物质的掺杂材料不同。
[0018]相应地，本专利技术还提供一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器的制备方法，用于制备如上任意一项所述的基于EMNZ媒质的温湿度传感器，包括：
[0019]根据待制备的温湿度传感器的工作频段，通过PCB加工工艺、电火花线切割工艺或光刻工艺进行制备。
[0020]相比于现有技术，本专利技术实施例具有如下有益效果：
[0021]本专利技术的技术方案通过在空气波导结构中的近零折射率(ENZ)腔中加入掺杂材料，使得电场主要集中在掺杂材料测量区域的圆柱边缘，而磁场主要集中在掺杂材料测量区域的圆柱内部，即掺杂的ENZ腔体的等效相对介电常数和等效相对磁导率同时为零，使其等效形成EMNZ传感结构，并通过激励空气波导结构而引入的第一基片集成波导和第二基片集成波导上的金属化过孔和同轴馈线，从而在掺杂材料周围的局域场增强的电场实现了高精度的相对介电常数的传感测量，同时场增强以及均匀相位分布会导致传感器对环境温湿度的微小变化具有高灵敏度，进而有效提高传感器的测量精度。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例所提出的基于EMNZ媒质的温湿度传感器的结构图。
[0023]图2是本专利技术实施例所提出的基于EMNZ媒质的温湿度传感器的侧剖面图。
[0024]图3是本专利技术实施例所提出的基于EMNZ媒质的温湿度传感器的俯视图。
[0025]图4是本专利技术实施例所提出的基于EMNZ媒质的温湿度传感器的改变温度后的传输系数图。
[0026]图5是本专利技术实施例所提出的基于EMNZ媒质的温湿度传感器的改变湿度后的传输系数图。
[0027]图6是本专利技术实施例所提出的基于EMNZ媒质的温湿度传感器的同时改变温度和湿度后的传输系数图。
[0028]图7是本专利技术实施例所提出的基于EMNZ媒质的温湿度传感器的环境的温度和低损耗材料测试集的预测值与期望值对比图与均方误差值。
具体实施方式
[0029]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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例一
[0031]请参照图1和2，为本专利技术实施例所提供的一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器，包括：第一基片集成波导结构(1)、第二基片集成波导结构(2)和空气波导结构(3)。
[0032]所述空气波导结构(3)设置于所述第一基片集成波导结构(1)和所述第二基片集成波导结构(2)之间，所述空气波导结构(3)的内部介质为空气，内部设置有若干测量区域(15)(16)，所述测量区域(15)(16)用于添加待测量物质的掺杂材料。
[0033]需要说明的是，空气波导结构(3)用来模拟ENZ腔，由第一基片集成波导结构(1)和第二基片集成波导结构(2)对空气波导结构(3)进行激励且工作在TE
10
模截止频率附近。
[0034]作为本实施例的优选方案，所述空气波导结构(3)为两端开放且四周由金属板封闭的长方体结构；所述第一基片集成波导结构(1)和所述第二基片集成波导结构(2)分别设置于所述空气波导结构(3)中开放的一端。
[0035]需要说明的是，空气波导结构(3)由金属组成，其为两端开放但四周封闭的长方体结构，四周封闭的金属板能够限制电磁波的传播，上方为上层金属板(5)，下方为下层金属板(6)，前方为金属板(14)，后方为金属板(13)。根据设计空气波导结构(3)的工作频率(工作模式)选定空气波导结构(3)的具体物理尺寸。
[0036]进一步地，空气波导结构(3)中的掺杂材料是传感研究对象当在矩形空气波导加入掺杂材料时，电场主要集中在掺杂圆柱边缘，而磁场主要集中在掺杂圆柱内部，即掺杂的ENZ腔体的等效相对介电常数和等效相对磁导率同时为零，形成EMNZ媒质传感结构。这种场增强以及均匀相位分布会导致传感器对环境温湿度的微小变化具有高灵敏度。因此，改变掺杂材料的相对介电常数进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器，其特征在于，包括：第一基片集成波导结构、第二基片集成波导结构和空气波导结构；所述空气波导结构设置于所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构之间，所述空气波导结构的内部介质为空气，内部设置有若干测量区域，所述测量区域用于添加待测量物质的掺杂材料；所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构的外边均设置有若干金属化过孔；所述第一基片集成波导结构设置有第一同轴馈线，所述第二基片集成波导结构设置有第二同轴馈线。2.如权利要求1所述的一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器，其特征在于，所述空气波导结构为两端开放且四周由金属板封闭的长方体结构；所述第一基片集成波导结构和所述第二基片集成波导结构分别设置于所述空气波导结构中开放的一端。3.如权利要求2所述的一种基于EMNZ媒质的温湿度传感器，其特征在于，所述第一基片集成波导结构，包括：上层金属板、下层金属板以及设置于所述上层金属板和所述下层金属板之间的中间基质层；所述第一同轴馈线不与所述下层金属板连接，所述下层金属板设置有一使所述第一同轴馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴赞红，亢中苗，邓晓智，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：