當(dāng)前介電測(cè)試技術(shù)廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,包括化學(xué)材料檢測(cè)、生物樣本研究、醫(yī)學(xué)診斷等。準(zhǔn)確測(cè)出樣本介電參數(shù)的變化對(duì)判斷其性能有非常重要的作用,但是在傳輸線背景信號(hào)較強(qiáng)的情況下,參數(shù)的微弱變化將難以測(cè)量。本文基于片上干涉相消原理,完成了基于抵消型平面?zhèn)鬏斁�介電測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)與材料測(cè)量。裝置以共面波導(dǎo)為信號(hào)傳輸線,由兩個(gè)威爾金森功分器和兩條路徑相差半波長(zhǎng)的傳輸支路構(gòu)成,結(jié)構(gòu)具有非常高的對(duì)稱性,并且體積小于分立測(cè)量器件。工作時(shí)輸入信號(hào)被威爾金森功分器等分成兩路信號(hào),分別經(jīng)過(guò)兩條傳輸支路后相位相反,并在輸出端合成以消除背景寄生信號(hào)。待測(cè)物和參考物分別放在兩條支路上,通過(guò)測(cè)量?jī)陕沸盘?hào)的抵消效果來(lái)反映兩種材料介電參數(shù)的差異。裝置中心頻點(diǎn)設(shè)置為5GHz,仿真結(jié)果表明頻率在5.004GHz處抵消點(diǎn)S_(21)達(dá)到-109.96dB。在模型中加入不同介電常數(shù)和電導(dǎo)率的模擬材料進(jìn)行仿真,當(dāng)待測(cè)材料與參考材料的參數(shù)差異越大時(shí),抵消點(diǎn)頻率、S_(21)變化值越大,變化趨勢(shì)符合理論預(yù)期,并且S_(21)變化值是相同材質(zhì)的單根共面波導(dǎo)傳輸線仿真結(jié)果的數(shù)十倍以上。證明該模型能實(shí)現(xiàn)測(cè)量目標(biāo),并且能夠?qū)⒉牧蠀?shù)的變化更明顯地表現(xiàn)出來(lái)。本文還設(shè)計(jì)了調(diào)諧模塊,它不僅可以避免裝置受外力作用發(fā)生形變,還可以對(duì)抵消效果進(jìn)行調(diào)節(jié),并且保證在滴加液體時(shí)裝置處于水平狀態(tài)。實(shí)物測(cè)量時(shí),未加調(diào)諧模塊的裝置抵消點(diǎn)S_(21)為-69.23dB,加入調(diào)諧模塊后S_(21)優(yōu)化至-81.03dB。實(shí)驗(yàn)時(shí)選取去離子水為參考材料,去離子水、無(wú)水乙醇、正丙醇為待測(cè)材料,實(shí)物測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果非常接近,驗(yàn)證了本裝置的有效性。對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸分析,得到抵消點(diǎn)頻率與介電常數(shù)、S_(21)與介電常數(shù)的相關(guān)關(guān)系和回歸方程。然后建立以抵消點(diǎn)頻率和S_(21)為自變量,被測(cè)材料介電常數(shù)為因變量的回歸模型,擬合出介電常數(shù)與測(cè)量結(jié)果的函數(shù)關(guān)系式。以濃度為50%的乙醇溶液為測(cè)試樣本,將測(cè)試結(jié)果代入函數(shù)關(guān)系式得到溶液的介電常數(shù),與文獻(xiàn)記載的介電常數(shù)相比僅偏差0.56%,驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)并制作的抵消型平面?zhèn)鬏斁�介電測(cè)試裝置具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN811
【部分圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。因此，本文將研究簡(jiǎn)單高效的測(cè)量裝置，采用抵消法思路將強(qiáng)傳輸背景信號(hào)相消，從而提取出測(cè)試樣本介電參數(shù)弱變化，并且將測(cè)量輸出結(jié)果與測(cè)試樣本的介電參數(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)從輸出結(jié)果推導(dǎo)出測(cè)試樣本介電參數(shù)特性的目的。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2008 年，美國(guó)克萊姆森大學(xué)的 C.R.Song 等設(shè)計(jì)了一種基于片上相消寄生效應(yīng)的介電常數(shù)測(cè)量方法[17]。該裝置基于微帶線結(jié)構(gòu)，混合環(huán) λ/4 和 3λ/4 傳輸線的信號(hào)差是使得信號(hào)抵消的主要原因[18]，通過(guò)兩路傳輸線信號(hào)抵消程度反映材料介電參數(shù)的差異。測(cè)試原理與實(shí)物裝置如圖 1-1 所示，不同 DUT 線寬的測(cè)量結(jié)果如圖1-2 所示（其中 92mil 線寬的傳輸線特征阻抗為 50Ω）：

不同 DUT 線寬的測(cè)量結(jié)果如圖1-2 所示（其中 92mil 線寬的傳輸線特征阻抗為 50Ω）：圖 1-1 C.R.Song 等設(shè)計(jì)的裝置示意圖和實(shí)物圖[17]圖 1-2 不同 DUT 線寬實(shí)物測(cè)量結(jié)果[17]雖然該裝置能有效消除寄生效應(yīng)，利用介電常數(shù)變化產(chǎn)生輸出結(jié)果，而非傳統(tǒng)直接提取弱信號(hào)的方式，但仍然存在一些缺陷。一方面裝置采用微帶線結(jié)構(gòu)，微帶線場(chǎng)強(qiáng)大部分分布在信號(hào)線與接地板之間的介質(zhì)中，而被測(cè)材料并不能放置在測(cè)試裝置場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)的位置，因此測(cè)量靈敏度會(huì)有所下降。另一方面由于微帶傳

第一章 緒論輸線結(jié)構(gòu)特性，當(dāng)介質(zhì)基板材料、厚度一定時(shí)傳輸線特性阻抗與線寬呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，改變線寬會(huì)導(dǎo)致傳輸阻抗不匹配，而共面波導(dǎo)更適合片上集成，因?yàn)楣裁娌▽?dǎo)的特征阻抗由信號(hào)線寬度和槽寬的比值決定，可以按比例縮小結(jié)構(gòu)尺寸而保證傳輸線特性阻抗不變，更適合微量材料的研究。2010 年，Y.Yang等提出一種基于共面波導(dǎo)微流體通道的高靈敏射頻傳感器[19]，結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示，同樣利用了片上抵消原理且結(jié)構(gòu)比圖 1-1 更加對(duì)稱，該裝置能夠檢測(cè)酵母細(xì)胞是否失活，不同測(cè)試對(duì)象的結(jié)果如圖 1-4 所示，但是需要通過(guò)使用PDMS（聚二甲基硅氧烷）盒子來(lái)放置材料，可能引入更多的加工誤差，并且測(cè)量結(jié)果抵消點(diǎn) S21幅度變化較小。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮呈艷;余志;陳玉瓊;李琛;倪德江;;茶鮮葉介電特性的初步研究[J];華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

2 劉偉娜;楊陽(yáng);黃卡瑪;;相消型介質(zhì)參數(shù)變化測(cè)試傳感器[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào);2014年01期

3 劉偉娜;;介電常數(shù)微弱變化的高靈敏度測(cè)試技術(shù)[J];微波學(xué)報(bào);2014年01期

4 劉偉娜;詹華偉;;固體電介質(zhì)微波介電參數(shù)的耦合器測(cè)量技術(shù)[J];壓電與聲光;2014年01期

5 黃亞玲;楊靜;趙孔雙;;酒類液體中糖含量的介電檢測(cè)方法[J];食品科學(xué);2013年16期

6 趙海;劉穎力;張懷武;胡嵩松;;寬帶Wilkinson功分器的設(shè)計(jì)仿真與制作[J];電子元件與材料;2010年12期

7 陳曉敏;豐明俊;王力;郭宏林;馬青;;10kHz～100MHz人血液細(xì)胞介電性能[J];醫(yī)學(xué)研究雜志;2009年03期

8 王建華;丁言鎂;左春英;;微波諧振腔微擾法測(cè)量油體含水量的研究[J];沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年04期

9 師萱;張偉敏;鐘耕;;介電特性在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)分析中的應(yīng)用[J];農(nóng)產(chǎn)品加工(學(xué)刊);2006年06期

10 盧子焱;唐宗熙;張彪;;用自由空間法測(cè)量材料復(fù)介電常數(shù)的研究[J];航空材料學(xué)報(bào);2006年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 鄒煥;片上共面波導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 張志雄;酒精度微擾法在線檢測(cè)系統(tǒng)[D];電子科技大學(xué);2016年

2 陳佳楠;共面波導(dǎo)及微帶線彎曲結(jié)構(gòu)的時(shí)域仿真與研究[D];南京郵電大學(xué);2015年

3 張倩;人肺鱗癌細(xì)胞SK-MES-1介電頻譜特性研究[D];寧波大學(xué);2015年

4 沈斌;胃癌細(xì)胞介電頻譜特性研究[D];寧波大學(xué);2013年

5 錢晨;基于同軸線法的射頻材料介電參數(shù)測(cè)試研究[D];南昌大學(xué);2011年

6 汪勇;同軸探頭在微波/射頻介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)測(cè)量應(yīng)用中的研究[D];南昌大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2838343