【摘 要】
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传统传感器存在体积大、灵敏度低、污染样本的缺点,利用超介质的非常规特性,可以克服原始材料的局限。与传统传感器相比,超介质传感器具有设计简单、灵敏度高、选择性强和检测即时等优势。在开环谐振器（SRR）和互补开环谐振器（CSRR）结构的基础上,设计并研究两种超介质传感器。通过对比两种传感器,超介质可以为传感器的设计和性能的提升提供新的思路和方法。本文主要工作总结如下:（1）提出一种基于四个六边形互补开
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传统传感器存在体积大、灵敏度低、污染样本的缺点,利用超介质的非常规特性,可以克服原始材料的局限。与传统传感器相比,超介质传感器具有设计简单、灵敏度高、选择性强和检测即时等优势。在开环谐振器（SRR）和互补开环谐振器（CSRR）结构的基础上,设计并研究两种超介质传感器。通过对比两种传感器,超介质可以为传感器的设计和性能的提升提供新的思路和方法。本文主要工作总结如下:（1）提出一种基于四个六边形互补开口环谐振器的二元混合物浓度超介质传感器。采用石英玻璃材料制成的微通道不仅可以避免环境的污染,还能减少样本量的使用,少量样品的需求和较低的工作频率使得本传感器适合于多种应用。将被测液体引入谐振器和传输线中心孔的玻璃管内,可得出在工作频率为2-3GHz时,传感器对不同浓度的二元液体:甲醇-水、乙醇-水和甲醇-水的灵敏度分别19.7MHz/10%浓度、26.1MHz/10%浓度、7.5MHz/10%浓度。在测量过程中,使用了两个Sub-Miniature-A（SMA）微波连接器和一个合适的样品支架,通过PNA-L安捷伦矢量网络分析仪（VNA）实现实验研究,其工作频率范围在0.5GHz-3.5GHz之间。比较模拟结果和实测结果,可以实现趋势一致性。（2）提出一种方形开口环结合菱形开口环的变形SRR结构,设计出用于无创检测血糖浓度的传感器。利用基于有限积分技术的微波工作室模拟软件（CST）进行模型的仿真与优化,使其Q值达到25,以便传感器可以在微波频率下快速分析液体样品的介电特性。此外,利用同轴介电探针套件测量的血糖样品的介电特性,建立相应的数值模型并导入到模拟软件中,然后利用传感器对血糖浓度进行数值检测。利用ADS电路仿真软件拟合出传感器等效电路,结合等效电路、电场和表面电流分布对传感器的阻抗匹配、结构参数以及传感机理进行进一步分析。窄带高Q的特性对于使用射频谐振器进行血糖检测至关重要。相比传统血糖检测仪,非入侵设计使血糖检测更简便且灵敏度更高。本文所设计的两种传感器具有灵敏高、结构简单、响应速度快等优点,为未来工业的应用提供一种新的研究方向。
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