[发明专利]基于微流通道的流体介电常数微波测量装置

说明书

本发明公开了一种基于微流通道的流体介电常数微波测量装置，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的三重结构的复合支节，该三重结构的复合支节由一个终端开路的共面波导和两个终端短路的槽线构成，两个终端短路的槽线加载在终端开路的共面波导的中间导带上，两个终端短路的槽线与一个终端开路的共面波导并联，三重结构的复合支节上通过导电胶粘贴有微流管。本发明的测量装置结构简单，灵敏度高，测量装置上的三重结构的复合支节采用传统的刻蚀工艺加工，其价格低廉，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

本发明属于微波测量装置技术领域，具体涉及一种基于微流通道的流体介电常数微波测量装置。

背景技术

随着微波技术的应用在生物学、细胞学、食品化工及电磁兼容等领域内不断取得突破性发展，许多新兴的交叉学科应运而生，如微波化学、电磁场生物医学等。然而，因人们对微波同生物介质或化学物质相互作用机理研究不足，导致了微波技术在上述领域内的应用依然面临很多技术壁垒。生物介质或化学物质的电参数是反映微波与其相互作用的重要参数，如在生物学领域，像蛋白质热变性、双层质膜、单细胞特性以及在微波化学领域内非热效应的研究，都是通过分析生物或化学物质介电特性的变化展开研究的。

这些领域内的研究对象十分微小即被测对象为微流体，其引起的测试信号较为微弱，因此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。一般来说微流体的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和精确度，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，但是属于宽带测试，可实现接触性和非接触性测量。文献“Noncontact Measurement of Complex Permittivity of Electrically SmallSamples at Microwave 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的介电特性测试，但属于窄带检测。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。很多微流体的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，这大大增加了测量装置的加工成本和难度，很难用于批量生产和在大范围内推广使用。

鉴于此，本发明提出了一种基于传输/发射法的宽带微流体检测的测量装置，该测量装置采用共面波导传输线加上微流通道构成，微流通道由一个三重结构的复合支节构成，从而大大增强了测试区域的电场强度，使检测灵敏度大大提高。

发明内容

为克服目前大多数流体介电特性微波检测装置中对被检测样品的灵敏度的局限性，本发明提供了一种基于微流通道的流体介电常数微波测量装置，该测量装置通过在共面波导传输线中间导带上加载一个三重结构的复合支节增强测试区域的电场强度，从而提高检测的灵敏度。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于微流通道的流体介电常数微波测量装置，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的三重结构的复合支节，该三重结构的复合支节由一个终端开路的共面波导和两个终端短路的槽线构成，两个终端短路的槽线加载在终端开路的共面波导的中间导带上，两个终端短路的槽线与一个终端开路的共面波导并联，三重结构的复合支节上通过导电胶粘贴有微流管，该微流管用于填充被测微流体，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。