[发明专利]一种用于测量生物样本介电特性的微波传感器

说明书

本发明公开了一种用于测量生物样本介电特性的微波传感器，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上的多个终端开路的槽线支节，该终端开路的槽线支节用于聚集电场进而提高检测的精确度和灵敏度，终端开路的槽线支节上设有用于放置被测生物样本的测试区域，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。本发明的测试装置结构简单，灵敏度高，传感器上终端开路的槽线支节采用传统的刻蚀工艺加工，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

本发明属于生物样本介电特性测量装置技术领域，具体涉及一种用于测量生物样本介电特性的微波传感器。

背景技术

在电磁场生物医学领域，生物样本的电测量因其具备非破坏性、实时在线检测、免标签、精确度高等优点获得了众多研究者的青睐。各式各样的检测生物样本的微波装置不断被提出。但因生物样本的体积十分微小，其体积在纳升量级，对检测的灵敏度和精确度提出了很高的要求，否则这些微小体积引起的微弱信号将被淹没在测试装置的背景噪声中。一般来说生物样本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，但是属于窄带和非接触性测试。非谐振法的特点是设备简单、测试灵敏度低但属于宽带，可实现接触性和非接触性测量。文献“NoncontactMeasurement of Complex Permittivity of Electrically Small Samples atMicrowave Frequencies[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques,2016, 64(9):2883-2893.”报道采用谐振法实现了小尺寸样本块状固体的介电特性测试，但是属于窄带检测。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。很多生物样本的介电测量方法均采用共面波导传输线，并在其中间导带加载微流通道，但是没有考虑到增强微流通道的电场，也没有考虑阻抗匹配，致使整个检测装置上电磁最强的部分集中在共面波导传输线的两条传输缝隙中，且微流通道还需要采用特殊的工艺进行加工，这大大增加了传感器的加工成本和难度，很难用于批量生产和在大范围内推广使用，还只能检测液体样本。鉴于此，本发明提出了一种用于测量生物样本介电特性的微波传感器，该微波传感器采用在共面波导传输线中间导带上加载多个共面波导开路支节，这大大增强了测试区域的电场，从而使检测灵敏度大大提高，且可检测固体样本。

发明内容

为克服目前大多数生物样本微波检测装置中对被检测样品的属性的严格要求，本发明提供了一种用于测量生物样本的介电特性的微波传感器，通过在共面波导传输线的中间导带上加载多个终端开路的槽线支节来提高检测精确度和灵敏度。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于测量生物样本介电特性的微波传感器，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上的多个终端开路的槽线支节，该终端开路的槽线支节用于聚集电场进而提高检测的精确度和灵敏度，终端开路的槽线支节上设有用于放置被测生物样本的测试区域，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，所述被测生物样本为块状固体可直接放置在测试区域，被测生物样本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。

进一步优选，所述共面波导传输线及多个终端开路的槽线支节均采用传统刻蚀工艺在金属层上刻蚀而成，该金属层设置于介质基板上，介质基板的材料为罗杰斯R4003C，其相对介电常数为3.38，介质基板的厚度为0.8mm，共面波导传输线中两条信号传输缝隙及中间导带的宽度分别为0.15mm和2.3mm，终端开路的槽线支节的缝隙宽度为0.15mm，终端开路的槽线支节的长度为1.7mm，个数为6个。

本发明所述的用于测量生物样本介电特性的微波传感器的测量方法，其特征在于具体步骤为：