[发明专利]一种宽带介电常数测量装置

说明书

本发明公开了一种宽带介电常数测量装置，包括共面波导传输线及串联加载在共面波导传输线中间导带的两个对称结构的复合支节I和复合支节II，复合支节I由一个三重结构的支节组成，该三重结构的支节包括一个终端开路的共面波导和两个终端短路的槽线支节，一个终端开路的共面波导与两个终端短路的槽线支节并联，复合支节I上设有用于放置被测样品的测试区域，复合支节II由一个直角弯折型槽线缝隙组成。本发明的测试装置结构简单，灵敏度高，属于宽带测量，测量装置上的复合支节I和复合支节II采用传统的刻蚀工艺加工，其价格低廉，加工难度低，便于批量生产，可实现在线实时宽带检测。

技术领域

本发明属于微波测量装置技术领域，具体涉及一种宽带介电常数测量装置。

背景技术

随着微波技术的应用在生物学、细胞学、食品化工及电磁兼容等领域内不断取得惊人的发展，许多新兴的交叉学科应运而生，如微波化学、电磁场生物医学。然而，因人们对微波同生物介质或者化学物质相互作用机理研究不足，导致了微波技术在上述领域内的应用依然面临很多技术壁垒。生物介质或者化学物质的电参数是反映微波与其相互作用的重要参数，如在生物学领域，像蛋白质热变性、双层质膜、单细胞特性，以及在微波化学领域内非热效应的研究，都是通过分析生物或化学物质介电特性的变化展开研究的。

一般来说样品的介电特性测量方法可以分为谐振法和非谐振法，谐振法的特点是具有很高的灵敏度高和很准的精确度，但是属于窄带测试。非谐振法的特点是设备简单、测试灵敏度低，但是属于宽带测试。非谐振法是实现宽带检测的主要方法，而传输/反射法是非谐振法中应用最为广泛的。在传输/反射法中，基于共面波导传输线的宽带测定方法获得了长足的发展，其基本思路是将被测样品放置在共面波导传输线上，通过测定两端口散射参数信息并结合去嵌入技术或其它算法（如神经网络算法）反演被测样品的介电特性，其优点是超宽带测定，缺点是灵敏度有限，有时候面临复杂的去嵌入技术。为题高测试灵敏度，各种各样的方法被提出，文献“Haase N M N, Fuge G, Trieu H K, et al. MiniaturizedTransmission-Line Sensor for Broadband Dielectric Characterization ofBiological Liquids and Cell Suspensions[J]. IEEE Transactions on MicrowaveTheory  Techniques, 2015, 63(10):3026-3033.”报道通过加载微流通道实现了宽带液体生物介质的介电特性检测，微流通道的加工需要特殊工艺，这增加了加工的难度和代价，不适于广泛推广。

鉴于此，本发明提出了一种基于传输/发射法的双频宽带检测传感器，该装置以共面波导传输线为基础，通过在共面波导传输线的中间导带上加载两个对称结构的复合支节，从而使检测灵敏度大大提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单且检测灵敏度较高的宽带介电常数测量装置，该测量装置可以用于检测流体、固体粉末及块状固体的介电常数。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种宽带介电常数测量装置，其特征在于包括共面波导传输线及串联加载在共面波导传输线中间导带的两个对称结构的复合支节I和复合支节II，复合支节I由一个三重结构的支节组成，该三重结构的支节包括一个终端开路的共面波导和两个终端短路的槽线支节，一个终端开路的共面波导与两个终端短路的槽线支节并联，复合支节I上设有用于放置被测样品的测试区域，复合支节II由一个直角弯折型槽线缝隙组成，复合支节II用于增强复合支节I上的电场强度并在工作频带内满足阻抗匹配，进而提高测试灵敏度和精确度，复合支节I和复合支节II之间设有间距用于保证信号正常传输而不受串扰，共面波导传输线的输入端口和输出端口分别通过SMA接头与矢量网络分析仪相连。

进一步优选，所述被测样品为块状固体可直接放置在测试区域，被测样品为流体或固体粉末可通过弓字型微流管加载在测试区域，该弓字型微流管通过导电胶粘贴在测试区域。