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原文传递一种柔性微波传感器及其制备方法和检测方法

专利名称：	一种柔性微波传感器及其制备方法和检测方法
摘要：	本发明属于柔性电子器件领域，并具体公开了一种柔性微波传感器及其制备方法和检测方法。所述传感器包括柔性衬底、共面波导传输线和互补螺旋谐振器，共面波导传输线包括第一地线、第二地线以及共面波导信号传输线，互补螺旋谐振器刻蚀于共面波导信号传输线的中心区域，包括导电带、导电块以及间隙条。所述制备方法包括：对柔性衬底进行光刻、曝光显影，然后在图案上溅射共面波导传输线和互补螺旋谐振器。所述检测方法包括根据空载和加载情况下，传感器的等效电感和等效电容、谐振频率点信号幅度以及介电损耗和导体损耗模型，获取被测非金属材料的介电常数和损耗正切角模型。本发明传感器的检测流程简单，测量精度高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	吴豪;苏丽娟;黄鑫
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910656608.2
公开号：	CN110320266A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	曹葆青;李智
分类号：	G01N27/82(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种柔性微波传感器，其特征在于，包括柔性衬底(1)、以及设于所述柔性衬底(1)上表面的共面波导传输线(2)和互补螺旋谐振器(3)，其中，所述共面波导传输线(2)包括第一地线(22)、第二地线(23)以及共面波导信号传输线(21)，所述第一地线(22)和第二地线(23)关于所述共面波导信号传输线(21)对称布置，所述共面波导信号传输线(21)与所述第一地线(22)和第二地线(23)之间设有开槽(24)，所述共面波导信号传输线(21)的中部区域刻蚀有所述互补螺旋谐振器(3)；所述互补螺旋谐振器(3)包括导电带(32)、导电块(33)以及间隙条(31)，所述导电带(32)为回字纹结构，其一端与共面波导信号传输线(21)连接，另一端与所述导电块(33)连接，所述共面波导信号传输线(21)、导电带(32)和导电块(33)之间的间隙共同构成回字纹结构的间隙条(31)，该间隙条(31)用于构成所述互补螺旋谐振器(3)的等效电容，同时，所述导电带(32)和导电块(33)共同构成所述互补螺旋谐振器(3)的等效电感。 2.根据权利要求1所述的柔性微波传感器，其特征在于，所述柔性衬底(1)为PET薄膜，其厚度为50um～500um。 3.根据权利要求1所述的柔性微波传感器，其特征在于，所述第一地线(22)、第二地线(23)、共面波导信号传输线(21)、导电带(32)和导电块(33)的厚度相同，均为1um～10um。 4.根据权利要求1所述的柔性微波传感器，其特征在于，所述第一地线(22)、第二地线(23)、共面波导信号传输线(21)、导电带(32)和导电块(33)均采用导电材料制备而成，进一步的，所述导电材料为铜。 5.根据权利要求1所述的柔性微波传感器，其特征在于，所述间隙条(31)与导电带(32)的宽度比为1：1～10:1，进一步的，所述间隙条(31)与导电带(32)的宽度比为2:1。 6.一种如权利要求1-5任一项所述的柔性微波传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： S1将PET薄膜贴附在洁净的硅片上，对PET薄膜进行刻画处理，以获取柔性衬底(1)，在所述柔性衬底(1)的上表面旋涂正向光刻胶，并加热使所述正向光刻胶固化； S2利用掩膜版对上表面旋涂有正向光刻胶的柔性衬底(1)进行曝光显影，以获取共面波导传输线(2)和互补螺旋谐振器(3)的图案； S3在所述共面波导传输线(2)和互补螺旋谐振器(3)的图案上依次溅射一层粘附材料和导电材料，以获取黏附于所述柔性衬底(1)上的共面波导传输线(2)和互补螺旋谐振器(3)； S4将S3制备得到的黏附有共面波导传输线(2)和互补螺旋谐振器(3)的柔性衬底(1)进行清洗并从硅片上剥离开来，从而制备得到所述柔性微波传感器。 7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述粘附材料为铬，所述导电材料为铜。 8.一种如权利要求1-5任一项所述的柔性微波传感器的检测方法，其特征在于，包括以下步骤： S1建立柔性微波传感器的集总等效电路模型，以获取空载情况下互补螺旋谐振器(3)的等效电感LC和等效电容CC，并测量得到柔性微波传感器空载情况下频域传输系数上谐振频率点以及信号幅度S21； S2根据空载情况下互补螺旋谐振器(3)的等效电感LC和等效电容CC建立柔性微波传感器空载情况下的频域谐振频率点模型，根据所述谐振频率点以及信号幅度S21建立空载情况下柔性衬底(1)的介电损耗和共面波导传输线(2)以及互补螺旋谐振器(3)的导体损耗模型； S3将被测非金属材料置于互补螺旋谐振器(3)上，获取加载情况下互补螺旋谐振器(3)的等效电容C′c，并测量得到柔性微波传感器加载情况下偏转后的谐振频率点以及信号幅度S'21； S4根据加载情况下互补螺旋谐振器(3)的等效电容C′c建立柔性微波传感器加载情况下的频域谐振频率点偏移模型，根据偏转后的谐振频率点以及信号幅度S'21建立加载情况下柔性衬底(1)的介电损耗和共面波导传输线(2)以及互补螺旋谐振器(3)的导体损耗模型； S5根据所述频域谐振频率点模型以及频域谐振频率点偏移模型构建被测非金属材料的介电常数模型，根据空载情况下以及加载情况下柔性衬底(1)的介电损耗和共面波导传输线(2)以及互补螺旋谐振器(3)的导体损耗模型构建被测非金属材料的损耗正切角模型，完成被测非金属材料介电性能的检测。 9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述频域谐振频率点模型为：所述空载情况下柔性衬底(1)的介电损耗和共面波导传输线(2)以及互补螺旋谐振器(3)的导体损耗模型为：步骤S4中，所述频域谐振频率点偏移模型为：所示加载情况下柔性衬底(1)的介电损耗和共面波导传输线(2)以及互补螺旋谐振器(3)的导体损耗模型为：其中，ZO为共面波导传输线(2)的特性阻抗。 10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，步骤S5中，所述被测非金属材料的介电常数模型为：所述被测非金属材料的损耗正切角模型为：其中，εr为所述柔性衬底(1)的介电常数，εMUT为待测非金属材料的介电常数；tanδMUT为被测非金属材料的损耗正切角。
所属类别：	发明专利