[发明专利]应用于温/湿度环境检测的基于LC型谐振器的微波传感器

说明书

一种应用于温/湿度环境检测的基于LC型谐振器的微波传感器，该传感器包括两个PCB子板，前述PCB子板之间设有GaAs基板和金属接地模块，在两个PCB子板上、面向外侧的区域分别设有信号输入模块和信号输出模块；所述GaAs基板上设置LC型谐振器。本发明的温/湿度微波传感器检测稳定性高，不易受其他外界因素的制约，能够保持在长期复杂环境中检测的稳定性；操作简单，可以即时地对温/湿度进行快速检测。

技术领域

本发明涉及传感器设计制造领域，更具体地，是一种应用于温/湿度环境检测的基于LC型谐振器的微波传感器。

背景技术

在科学技术日益发达的今天,人类对自身的生活环境及工作环境要求越来越高。温/湿度的检测与控制渗透于国防、电力、科研及人民生活等诸多领域，而温/湿度传感器作为重要的器件，在仓储、电力过程控制、环境监测、家用电器、气象等方面有着广泛的应用。调研资料显示，目前温/湿度传感器属于尖端传感器市场范畴，全球市场在2015年为1050亿美元，到2020年预计达到1417亿美元；而且全球传感器市场预计每年将以14％的增幅高速成长，预计2025年世界传感器产业的市场规模将达到2000亿美元。温/湿度传感器在提高环境监测、健康、安全、公共设施建设等领域的需求正在持续增加。

目前，传统的温/湿度传感器通常为电化学传感器、光学传感器和微波传感器。电化学传感器的检测稳定性差，易受使用其他外界因素的制约，且性能会随着使用时间的推移而下降；光学传感器操作复杂，需要一定时间来稳定测量环境，响应速度慢；而现有的微波传感器则存在尺寸大、品质因数低、以及灵敏度不高的问题，很大程度上限制了微波传感器的广泛应用，无法满足市场需求。

发明内容

本发明的目的是针对传统的温/湿度传感器所存在的问题，提出一种应用于温/湿度环境检测的基于LC型谐振器的微波传感器。本发明的温/湿度微波传感器检测稳定性高，不易受其他外界因素的制约，能够保持在长期复杂环境中检测的稳定性；操作简单，可以即时地对温/湿度进行快速检测；检测用时少，微波传感器检测时长仅取决于矢量网络分析仪的扫频周期，因此相比于其他传感器在检测时间上有明显优势。在当今物联网平台高速发展的大前提下，微波传感器将会向着智能化、数据化的方向不断发展，在农业、工业、军工、家庭、汽车、医疗等领域作为智能化物联网系统的数据采集终端将发挥更为重要的作用。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种应用于温/湿度环境检测的基于LC型谐振器的微波传感器，该传感器包括两个PCB子板，前述PCB子板之间设有GaAs基板和金属接地模块，在两个PCB子板上、面向外侧的区域分别设有信号输入模块和信号输出模块；

所述GaAs基板上设置LC型谐振器，该LC型谐振器包括两个测量pad点、非对称型差分电感结构和耦合型交指电容结构，其中；

所述的两个测量pad点分别作为LC谐振器的信号输入和输出端口，通过金属键合跳线与对应的信号输入模块、信号输出模块相连；

所述的非对称型差分电感结构包括差分电感线圈和连接相邻差分电感线圈的空气桥结构；

所述的耦合型交指电容结构位于非对称型差分电感结构的内部，包括偶数个交指电容单元，半数交指电容单元并接形成一组，与对应的内层差分电感线圈相连。

进一步地，所述的测量pad点为八边形结构，尺寸为75微米×75微米-150微米×150微米；优选100微米×100微米。

进一步地，所述的空气桥结构由下金属层和上金属层交叉悬空构成，悬空间距为1.5-2.0微米，优选1.8微米。

进一步地，交指电容单元是由下金属层、氮化硅介质层和上金属层构成的金属-绝缘体-金属的三明治结构，指宽12-18微米，指间距12-18微米，指长40-50微米；优选指宽15微米，指间距15微米，指长45微米。