專利名稱：一種微帶表面回音壁模傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微帶表面回音壁模傳感器，可工作于射頻、微波和太赫頻段，用于煙絲水分、固體顆粒物質及其它物料的物理特性檢測。
背景技術：
回音壁模(Whispering Gallery Mode)是一種形態(tài)依賴的諧振模式,它能夠在多種不同形狀的閉合介質中產生，如圓盤、圓環(huán)、跑道形和球形。在這些結構中，介質的介電常數(shù)大于環(huán)境媒質介電常數(shù)。當電磁波在這些閉合介質回路中傳播時，經過在其內表面發(fā)生多次全反射形成閉環(huán)，通過正反饋產生諧振，形成回音壁模式。基于回音壁模的介質諧振器具有Q值高、集成度高、插入損耗小、串擾低等優(yōu)點，在波復用、濾波、波長變換、調制、激光、光信號處理和傳感等方面有廣泛應用?；匾舯谀ＶC振器的諧振頻率與其尺寸、材料及環(huán)境媒質參數(shù)密切相關。當用作傳感器時，吸附在其表面的被測物質，如肽類、蛋白質分子或納米粒子將與諧振器外部的消逝場發(fā)生相互作用，從而改變諧振器的諧振頻率和Q值，通過測量諧振頻率或Q值可以反演被測物質的物理特性，這是回音壁模傳感器的檢測原理。有關回音壁模的研究主要集中在光學頻段，傳感應用是一個主要方面。滲透到環(huán)境媒質中的消逝場越強，則傳感器靈敏度越高。這是由于消逝場增強了波與物質的相互作用，因此，增強消逝場滲透效應是提高回音壁模式傳感器靈敏度的有效途徑。在回音壁模的傳感應用中，工作波長越長，滲透到環(huán)境媒質中的消逝場越多，降低回音壁模式的工作頻率，增加波長是改善靈敏度的有效途徑。

發(fā)明內容
為了進一步提高回音壁模傳感器的靈敏度，本發(fā)明提供了一種微帶表面回音壁模傳感器，其特點是場分布集中在傳感器與環(huán)境媒質交界面上。與傳統(tǒng)的回音壁模傳感器比較，表面回音壁模傳感器有更多的消逝場滲透到環(huán)境媒質中，與環(huán)境媒質的相互作用強，檢測靈敏度高。同時，由于該傳感器工作在微波頻段，與光回音壁模傳感器比較，工作波長大四個數(shù)量級，消逝場滲透到環(huán)境媒質中的深度可達幾毫米到幾十厘米，因此，本發(fā)明更適合于在工業(yè)環(huán)境中使用。實現(xiàn)本發(fā)明，其特點是利用褶皺金屬結構在微波頻段等效為負介電常數(shù)的特征，利用在負介電常數(shù)材料與正介電常數(shù)材料分界面上形成表面波的原理，將褶皺金屬結構彎曲形成閉環(huán)，從而導致介質分界面上的表面波因正反饋而形成振蕩，產生表面回音壁模，這與背景技術中介紹的傳統(tǒng)回音壁模的原理不同。對于在金屬表面上開周期為d矩形方孔的
褶皺金屬表面結構，若方孔的尺寸為aXa，方孔內材料的介電常數(shù)為εk，磁導率為uk，則此金屬結構的等效介電常數(shù)為
權利要求
1.一種微帶表面回音壁模傳感器，其特征在于，該傳感器包括:褶皺微帶金屬貼片、介質襯底、微帶傳輸線、同軸/微帶轉換器、激發(fā)接收裝置。
2.本發(fā)接收裝置產生的掃頻微波信號通過同軸/微帶轉換器后，在微帶傳輸線中激勵起傳輸波，微帶傳輸線邊緣的消逝場耦合到褶皺微帶金屬貼片，形成諧振，產生表面回音壁模；激發(fā)接收裝置檢測微帶傳輸線的傳輸系數(shù)，環(huán)境媒質物理參數(shù)的變化體現(xiàn)在傳輸系數(shù)諧振峰位置和幅度的變化上。
3.按權利要求1所述的微帶表面回音壁模傳感器，其特征在于:所述褶皺微帶金屬貼片的褶皺尺寸遠小于波長，在射頻、微波和太赫頻段等效為負介電常數(shù)材料，當其與正介電常數(shù)的環(huán)境媒質形成交界面時，將產生表面波，交界面形成閉環(huán)時，產生正反饋形成表面回音壁模。
4.按權利要求1所述的微帶表面回音壁模傳感器，其特征在于:所述褶皺微帶金屬貼片為閉合結構，形狀為圓形、橢圓形、多邊形，其周長是電磁波波長的整數(shù)倍。
5.按權利要求1所述的微帶表面回音壁模傳感器，其特征在于:所述微帶傳輸線與褶皺微帶金屬貼片之間的耦合距離與工作波長有關，根據(jù)設計要求可調。
6.按權利要求1所述的微帶表面回音壁模傳感器，其特征在于:所述微帶傳輸線具有寬帶特性，襯底材料為低介質損耗材料，如聚四氟乙烯、氧化鋁。
7.按權利要求1所述的微帶表面回音壁模傳感器，其特征在于:所述同軸/微帶轉換器進行同軸電纜-微帶傳輸線-同軸電纜之間的模式轉換。
8.按權利要求1所述的微帶表面回音壁模傳感器，其特征在于:所述激發(fā)接收裝置產生掃頻微波信號，檢測微帶傳輸線的傳輸系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微帶表面回音壁模傳感器，包括褶皺微帶金屬貼片1、介質襯底2、微帶傳輸線3、同軸/微帶轉換器4、激發(fā)接收裝置5。所述褶皺微帶金屬貼片為閉合結構，褶皺尺寸遠小于波長，其電磁特性在射頻、微波和太赫頻段等效為介電常數(shù)為負的材料；金屬貼片附著在介質襯底上；所述的微帶傳輸線與褶皺微帶金屬貼片之間的耦合距離與工作頻段有關，根據(jù)設計要求可調；所述同軸/微帶轉換器用于實現(xiàn)同軸電纜-微帶傳輸線-同軸電纜之間的模式轉換；所述激發(fā)接收裝置用于激發(fā)和檢測掃頻信號。本發(fā)明能夠實現(xiàn)將微帶傳輸線邊緣的消逝場耦合到褶皺微帶金屬貼片，形成表面回音壁模，增強了微波與物質的相互作用，提高了檢測靈敏度。通過測量微帶傳輸線的傳輸系數(shù)，由諧振峰的偏移可以獲得環(huán)境媒質的相關物理參數(shù)信息。
文檔編號G01N22/00GK103091340SQ20131005585
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月22日 優(yōu)先權日2013年2月22日
發(fā)明者黃銘, 楊晶晶, 毛福春 申請人:云南大學