专利名称：一种微带表面回音壁模传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微带表面回音壁模传感器，可工作于射频、微波和太赫频段，用于烟丝水分、固体颗粒物质及其它物料的物理特性检测。
背景技术：
回音壁模(Whispering Gallery Mode)是一种形态依赖的谐振模式,它能够在多种不同形状的闭合介质中产生，如圆盘、圆环、跑道形和球形。在这些结构中，介质的介电常数大于环境媒质介电常数。当电磁波在这些闭合介质回路中传播时，经过在其内表面发生多次全反射形成闭环，通过正反馈产生谐振，形成回音壁模式。基于回音壁模的介质谐振器具有Q值高、集成度高、插入损耗小、串扰低等优点，在波复用、滤波、波长变换、调制、激光、光信号处理和传感等方面有广泛应用。回音壁模谐振器的谐振频率与其尺寸、材料及环境媒质参数密切相关。当用作传感器时，吸附在其表面的被测物质，如肽类、蛋白质分子或纳米粒子将与谐振器外部的消逝场发生相互作用，从而改变谐振器的谐振频率和Q值，通过测量谐振频率或Q值可以反演被测物质的物理特性，这是回音壁模传感器的检测原理。有关回音壁模的研究主要集中在光学频段，传感应用是一个主要方面。渗透到环境媒质中的消逝场越强，则传感器灵敏度越高。这是由于消逝场增强了波与物质的相互作用，因此，增强消逝场渗透效应是提高回音壁模式传感器灵敏度的有效途径。在回音壁模的传感应用中，工作波长越长，渗透到环境媒质中的消逝场越多，降低回音壁模式的工作频率，增加波长是改善灵敏度的有效途径。

发明内容
为了进一步提高回音壁模传感器的灵敏度，本发明提供了一种微带表面回音壁模传感器，其特点是场分布集中在传感器与环境媒质交界面上。与传统的回音壁模传感器比较，表面回音壁模传感器有更多的消逝场渗透到环境媒质中，与环境媒质的相互作用强，检测灵敏度高。同时，由于该传感器工作在微波频段，与光回音壁模传感器比较，工作波长大四个数量级，消逝场渗透到环境媒质中的深度可达几毫米到几十厘米，因此，本发明更适合于在工业环境中使用。实现本发明，其特点是利用褶皱金属结构在微波频段等效为负介电常数的特征，利用在负介电常数材料与正介电常数材料分界面上形成表面波的原理，将褶皱金属结构弯曲形成闭环，从而导致介质分界面上的表面波因正反馈而形成振荡，产生表面回音壁模，这与背景技术中介绍的传统回音壁模的原理不同。对于在金属表面上开周期为d矩形方孔的
褶皱金属表面结构，若方孔的尺寸为aXa，方孔内材料的介电常数为εk，磁导率为uk，则此金属结构的等效介电常数为
权利要求
1.一种微带表面回音壁模传感器，其特征在于，该传感器包括:褶皱微带金属贴片、介质衬底、微带传输线、同轴/微带转换器、激发接收装置。
2.本发接收装置产生的扫频微波信号通过同轴/微带转换器后，在微带传输线中激励起传输波，微带传输线边缘的消逝场耦合到褶皱微带金属贴片，形成谐振，产生表面回音壁模；激发接收装置检测微带传输线的传输系数，环境媒质物理参数的变化体现在传输系数谐振峰位置和幅度的变化上。
3.按权利要求1所述的微带表面回音壁模传感器，其特征在于:所述褶皱微带金属贴片的褶皱尺寸远小于波长，在射频、微波和太赫频段等效为负介电常数材料，当其与正介电常数的环境媒质形成交界面时，将产生表面波，交界面形成闭环时，产生正反馈形成表面回音壁模。
4.按权利要求1所述的微带表面回音壁模传感器，其特征在于:所述褶皱微带金属贴片为闭合结构，形状为圆形、椭圆形、多边形，其周长是电磁波波长的整数倍。
5.按权利要求1所述的微带表面回音壁模传感器，其特征在于:所述微带传输线与褶皱微带金属贴片之间的耦合距离与工作波长有关，根据设计要求可调。
6.按权利要求1所述的微带表面回音壁模传感器，其特征在于:所述微带传输线具有宽带特性，衬底材料为低介质损耗材料，如聚四氟乙烯、氧化铝。
7.按权利要求1所述的微带表面回音壁模传感器，其特征在于:所述同轴/微带转换器进行同轴电缆-微带传输线-同轴电缆之间的模式转换。
8.按权利要求1所述的微带表面回音壁模传感器，其特征在于:所述激发接收装置产生扫频微波信号，检测微带传输线的传输系数。
全文摘要
本发明涉及一种微带表面回音壁模传感器，包括褶皱微带金属贴片1、介质衬底2、微带传输线3、同轴/微带转换器4、激发接收装置5。所述褶皱微带金属贴片为闭合结构，褶皱尺寸远小于波长，其电磁特性在射频、微波和太赫频段等效为介电常数为负的材料；金属贴片附着在介质衬底上；所述的微带传输线与褶皱微带金属贴片之间的耦合距离与工作频段有关，根据设计要求可调；所述同轴/微带转换器用于实现同轴电缆-微带传输线-同轴电缆之间的模式转换；所述激发接收装置用于激发和检测扫频信号。本发明能够实现将微带传输线边缘的消逝场耦合到褶皱微带金属贴片，形成表面回音壁模，增强了微波与物质的相互作用，提高了检测灵敏度。通过测量微带传输线的传输系数，由谐振峰的偏移可以获得环境媒质的相关物理参数信息。
文档编号G01N22/00GK103091340SQ20131005585
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者黄铭, 杨晶晶, 毛福春 申请人:云南大学