[发明专利]一种兼具滤波功能的微波/毫米波波导传感器

说明书

本发明为一种兼具滤波功能的微波/毫米波传感器，包括同轴结构、波导结构以及介质；其中同轴结构与波导结构连接；介质设置于同轴结构和波导结构之间；波导结构设置有窗口，窗口用于向波导结构内部通入或导出待测物质；波导结构包括阻抗变换器以及膜片结构，阻抗变换器与同轴结构连接；本发明产品抗干扰能力更强，结构更简单，并且相较其他波导滤波器，有相对较低的插入损耗，具有良好的传输性能。

技术领域

本发明涉及微波/毫米波技术领域，特别是涉及一种兼具滤波功能的微波/毫米波传感器。

背景技术

传感技术作为一种重要的信息技术，在当今的社会发展中发挥着至关重要的作用，其应用涉及各个领域，如家电、智能汽车、医学和工业生产等众多领域，传感器的产生极大的改变了人们的生活水平。随着微波/毫米波技术的发展，及其与生物、化学等多学科的交叉融合发展，促进了微波/毫米波传感器在生物、化学等领域的发展。

当前，应用于生物/化学电磁特性的微波/毫米波传感器多为基于平面结构或基于SIW的等效波导结构，如平面耦合传感器、或结合了谐振器单元的平面耦合结构，这些谐振器包含了SRR,、CSRR以及CCSR等谐振结构，或基于SIW结构的谐振结构，如SRR-SIW、CSRR-SIW等微波传感器结构，这些传感器在尺寸上具有易于集成等优点。

在生物液体/化学气体电磁特性检测过程中，传感器的灵敏度及抗干扰性亦是衡量其性能的重要技术参数。由于波导结构的外导体接地，且谐振腔设置于波导内部，因而抗干扰能力强，品质因数高，从而提高了传感器的抗干扰性和检测精度。因此，传统的微波传感器较于封闭腔体结构的波导传感器，其检测灵敏度及抗干扰性不及波导传感器。

同时，传感器的灵敏度与其工作带宽相关。传感器的带宽增大会引入逐渐增大的损耗，导致传感器的品质因数降低，进而影响传感器的最小灵敏度。因此，为了适应不同的需求，获得一种兼具滤波功能的微波/毫米波波导传感器，用于提高微波传感器的抗干扰性与其在生物液体/化学气体领域内的电磁特性检测精度是及其重要的。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种兼具滤波功能的微波/毫米波波导传感器。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种兼具滤波功能的微波/毫米波波导传感器，包括同轴结构、波导结构以及介质；其中同轴结构与波导结构连接；介质设置于同轴结构和波导结构之间；波导结构设置有窗口，窗口用于向波导结构内部通入或导出待测物质；波导结构包括阻抗变换器以及膜片结构，阻抗变换器与同轴结构连接；电感膜片结构用于引入并联电感，实现波导传感器的带通滤波特性。

进一步的，所述同轴结构对称设置于波导结构的两侧，同轴结构包括外导体和探针，其中外导体的内部中空，用于放置探针；外导体与探针通过介质固定，实现同轴设置。

进一步的，所述外导体包括三部分，分别为柱形外导体一、圆台形外导体以及柱形外导体二；柱形外导体一和柱形外导体二分别设置于圆台形外导体的两侧，圆台形外导体分别与柱形外导体一和柱形外导体二之间平滑过渡；柱形外导体二的直径小于柱形外导体一的直径，并且柱形外导体二还与波导结构连接。

进一步的，所述探针包括外侧探针、中部探针以及内侧探针；中部探针位于外侧探针与内侧探针之间；外侧探针、中部探针以及内侧探针在直径上具有连续性；中部探针呈圆台型，其直径由外侧探针的一侧向内侧探针的一侧逐渐减小；内侧探针与波导结构的阻抗变换器相连接。

进一步的，所述波导结构还包括波导管，其中阻抗变换器以及膜片结构均设置于波导管的内部；波导管的两侧设置有同轴结构；阻抗变换器共两个，两个阻抗变换器对称设置于波导管的两端；阻抗变换器与探针连接。

进一步的，所述阻抗变换器为阶梯结构，包括至少三阶金属阶梯；第一阶金属阶梯与探针连接；后续的金属阶梯相互连接并与第一阶金属阶梯连接。