[发明专利]一种基于近零传输法的电小尺寸样本介电特性检测装置

说明书

本发明公开了一种基于近零传输法的电小尺寸样本介电特性检测装置，介电特性检测装置为不对称三端口网络，具体包括底层金属层、中间介质层和上层金属带条；其中，所述上层金属带条包括一个微带型威尔金森功分器，一个90度3dB分支线耦合器，两条支路和加载在两条支路上的电场增强支节，两个电场增强支节构成了介电特性检测装置的测试和参考区域，在测试和参考区域加载了微流通道；当两个微流通道加载相同的样品或者装置处于空载时，介电特性检测装置处于对称平衡状态，则会有两个传输零点出现，当两个微流通道加载的样品具有微小差异时，介电特性检测装置的传输零点将发生变化。本发明使用方便，价格低廉，易于集成。

技术领域

本发明涉及一种材料介电特性微小变化的微波检测装置。属于微波测量技术领域，更具体地说，是涉及一种三端口介电特性微小变化测量装置。

背景技术

随着微波技术的飞速发展，许多问题的研究都是通过流体介电特性的微小变化的检测推进的，如在生物学领域的蛋白质热变性、双层质膜、单细胞特性，以及微波化学领域内非热效应研究等。这些微小变化可能是被测流体十分微小即被测对象为微流体，或者是被测流体的温度、浓度的微小变化，或者外场导致的被测流体微观结构发生的微弱偏移，从而引起的介电特性的微小改变。且所述的微小变化的信息不但十分微弱，还伴随有强背景噪声，这导致了流体介电特性微小变化检测面临严重的技术瓶颈。如何在复杂的电磁环境中，将这些淹没在背景噪声中十分微弱的变化信息检测出来是亟待解决的关键问题。介电特性检测可以分为谐振法和非谐振法，如传输法，反射法，矩形谐振腔测量法等，但这些方法精度及灵敏度有限，这对流体介电特性微小变化的检测来说，是个挑战。

近零传输法为材料介电特性微小变化检测提供了新的思路，该方法采用两支路相消原理消除了背景噪声，达到了良好的效果，申请号为201510982684.4，201610880142.0及201710186355.8均从不同技术出发，提出了基于共面波导传输线型的检测装置，取得了一定的效果，但这些装置均为两端口，一个传输零点的近零传输电路仅能反映被测物介电特性实部的变化，能获得的被测物的信息有限，且共面波导传输线型的装置虽然有很高的灵敏度，但在遇到直角拐弯时需要额外增加引线，引线的直径约为25微米，易受微弱外力而发生断裂、脱落，因此测试过程对外界环境要求很高，且测试装置的使用寿命也因为引线而大大简短，或者每增加一次实验就需要另外焊接一次引线，造成实验成本增加。且上述文件的测试区域和参考区域的电场强度一般在10⁴ V/m，研究表明测试区域的电场增强可大大提高测试灵敏度，因此测试灵敏度有待进一步挖掘。

发明内容

本发明提供了一种使用方便，价格低廉，易于集成的三端口材料介电特性微小变化的检测装置。

本发明按以下技术方案实现：

一种基于近零传输法的电小尺寸样本介电特性检测装置，介电特性检测装置为不对称三端口网络，具体包括底层金属层、中间介质层和上层金属带条；其中，所述上层金属带条包括一个微带型威尔金森功分器，一个90度3dB分支线耦合器，两条支路和加载在两条支路上的电场增强支节，两个电场增强支节构成了介电特性检测装置的测试和参考区域，在测试和参考区域加载了微流通道；当两个微流通道加载相同的样品或者装置处于空载时，介电特性检测装置处于对称平衡状态，则会有两个传输零点出现， 其中一个传输零点是两支路信号相消产生的，另一个传输零点来自于90度3dB分支线耦合器的隔离端口，即所述测试装置的装置输出端口Ⅰ，当两个微流通道加载的样品具有微小差异时，介电特性检测装置的传输零点将发生变化。

进一步，所述微带型威尔金森功分器包括一个输入端口、两个同相输出端口和连接输入与输出端口的T型结。

进一步，所述微带型威尔金森功分器的两个输出端口之间加载了阻止两路信号相互串扰的隔离电阻。