提出了一種測量介電常數(shù)微弱變化的新型傳感器。該傳感器利用幅度相同、相位相反的兩路信號的相互抵消作用，來消除背景噪聲，達到提高靈敏度的作用。此裝置主要包括兩個相同的威爾金森功分器、一個同相巴倫和一個180°反相巴倫。通過對去離子水與不同濃度乙醇溶液之間介電常數(shù)的差異的測量可知，該傳感器能夠探測到的介電常數(shù)的最小絕對變化和相對變化分別為1. 68% 和2. 07% ，與微波濕度傳感器相比，所提出的傳感器的靈敏度更高。

引言

　　測量介電常數(shù)微小變化的技術(shù)在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用: 比如在細胞研究，電磁兼容等方面。介電光譜學(xué)即測量介電常數(shù)及其微小變化的方法有著很多優(yōu)勢，像便于大量生產(chǎn)，易于與其電它電路集成等�，F(xiàn)有的微波介電常數(shù)測試方法主要有傳輸法、反射法、自由空間輻射法和諧振腔法等。在這些方法中，傳輸線是一種重要的高頻測量結(jié)構(gòu)。然而，該測量方法由于傳輸線的背景噪聲大而使測量靈敏度受限，通常情況下，這種背景噪聲很強而無法忽略。鑒于此，本文設(shè)計了一種新型傳感器，該傳感器利用片上相消技術(shù)來提高測量靈敏度。

1、寄生效應(yīng)的片上相消原理

　　1.1、傳感器的原理圖

　　圖1 是我們提出的靈敏傳感器的原理圖，可以看出該傳感器由兩個相同的威爾金森功分器和兩條支路組成。一條支路( 用來放置測量物) 通過一個同相的共面波導(dǎo)- 槽線背靠背巴倫，另一條支路( 用來放置參考物) 通過一個180°反相的共面波導(dǎo)- 槽線背靠背巴。信號由端口1 輸入，然后由功分器將輸入信號平均分配到兩條支路上。最后，兩路信號同時到達第二個威爾金森功分器并由端口2 輸出。

圖1 提出的靈敏傳感器原理圖及各部分長度

4、影響測量精度的因素分析

　　對稱性是影響測量精度的最重要的因素，該裝置中造成結(jié)構(gòu)的不對稱的因素如下: 共面波導(dǎo)- 槽線背靠背180°反相巴倫與同相巴倫的不完全對稱性; 參考區(qū)與測量區(qū)粘貼的塑料管是手動操作的，這就難免會由于定位不準(zhǔn)影響整個裝置的對稱性。其它影響測試靈敏度的因素有測量塑料管與參考塑料管的長度(半徑) 與高度h。圖5 所示為管道的半徑不變，高度h 發(fā)生變化時，相同的介電常數(shù)ε'引起的頻率的偏移(fm) 情況。從圖5 可以看出，隨著測量溶液高度的增加，頻率的偏移量也在增加，但是當(dāng)高度h 高于56μm 時，對測量結(jié)果已無影響，因為h=64μm 與h=56μm 兩條曲線已經(jīng)重合。

圖5 不同高度h 下，相同的介電常數(shù)變化引起的頻偏

5、結(jié)論

　　綜上可知，本文提出了一個測量介電常數(shù)微小變化的高靈敏度傳感器，該傳感器利用幅度相同，相位相反的兩路信號的相消作用來提高靈敏度。實驗結(jié)果表明，該傳感器能夠探測的介電常數(shù)的最小絕對變化為1.68，與微波濕度傳感器相比，本文提出的方法測試靈敏度更高。后期工作包括測量數(shù)據(jù)的處理及拓展測試帶寬。