[发明专利]一种基于搭桥结构的天线甲烷传感器

说明书

本发明公开了一种基于搭桥结构的天线甲烷传感器，属于微波天线技术领域。该天线传感器包括辐射金属贴片、石墨烯敏感膜、介质基板和金属接地板。金属贴片和石墨烯敏感膜位于介质基板的上表面，金属接地板位于介质基板的下表面；金属贴片包括长条矩形金属贴片、三角形辐射片、两个U形金属贴片、两个搭桥金属贴片；金属接地板采用镜像L型结构，并在长臂内侧有一个凹型槽。本发明中的石墨烯敏感膜可以吸收可燃气体甲烷，从而影响整个天线的谐振频率，实现对甲烷的无线监测，具有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种基于搭桥结构的天线甲烷传感器。

背景技术

在能源、管道、石油、化工领域中不可避免的存在着各种易燃易爆、有毒有害的气体，这些气体一旦泄漏将可能酿成火灾或者是爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成损失。因此，监测有毒有害气体对于工业生产、公共场所和居家生活都具有重要意义。天线传感器不仅可以采集信号，而且可以把信号无线发射出去，同时具备“感”和“传”的功能。但是目前常规的天线传感器带宽有限，灵敏度低，限制了其在某些领域的应用。

为了克服天线传感器频段有限和灵敏度低等缺点，有学者提出采用加载枝节的方法增加工作带宽。然而，该方法会增大天线的体积。文献“Microwave flexible gassensorbased onpolymer multi wall carbon nanotubes sensitive layer”提出利用多壁碳纳米管作为敏感膜检测气体，然而灵敏度只有-642.9Hz/ppm。文献“Hilbert curveinspired miniaturized MIMO antenna for wireless capsule endoscopy”提出基于Hilbert分形理论的天线结构，实现了尺寸缩减功能，但是其只有一个工作频段1.9-3GHz。可见，目前的设计方法不能满足天线传感器高灵敏度、多频段等性能要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有天线传感器灵敏度低、频段单一等技术问题，提供一种基于搭桥结构的天线甲烷传感器。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于搭桥结构的石墨烯天线可燃气体传感器，包括介质基板(3)，所述介质基板(3)的下表面印刷有金属接地板(4)，介质基板(3)的上表面依次印制有辐射金属贴片(1)和石墨烯敏感膜(2)；

所述的辐射金属贴片(1)包括长条矩形金属贴片(1-1)、第一U形金属贴片(1-3)和第二U形金属贴片(1-4)，所述第一U形金属贴片(1-3)和第二U形金属贴片(1-4)开口相反，共用一臂，且在第一U形金属贴片(1-3)和第二U形金属贴片(1-4)开口端的两臂之间分别跨接第一搭桥金属贴片(1-5)和第二搭桥金属贴片(1-6)。所述长条矩形金属贴片(1-1)和第一U形金属贴片(1-3)之间设有三角形金属贴片(1-2)，所述三角形金属贴片(1-2)的两个锐角分别连接长条矩形金属贴片(1-1)和第一U形金属贴片(1-3)。

石墨烯敏感膜可以吸收可燃气体甲烷，从而影响整个天线的谐振频率，实现对甲烷的无线监测。

第一搭桥金属贴片(1-5)跨接在第一U形金属贴片(1-3)的两臂上，用于产生第一谐振频率。

第二搭桥金属贴片(1-6)跨接在第二U形金属贴片(1-4)的两臂上，用于产生第二谐振频率。

石墨烯敏感膜(2)跨接在长条矩形金属贴片(1-1)和第一U形金属贴片(1-3)上表面。

金属接地板(4)采用镜像L型结构，由一宽大矩形金属贴片与一小长条矩形金属贴片组成，并在L型内侧夹角处延宽大矩形金属贴片开设有一个凹槽，用于产生第三个谐振频率。

根据此搭桥结构，天线可以实现多频段筛选功能，不同频段间的带宽不一样。