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申请/专利权人：西南大学

摘要：一种高Q有源传感器，包含无源谐振腔和负阻有源电路。谐振腔形成在两块纵向叠加介质基板中，每块介质基板均设多个金属化通孔，形成谐振腔的金属边界。在无源谐振腔的折叠缝隙区域形成通道，通道内穿过一根聚四氟乙烯管用于装载待测样品。在谐振腔第二和第三谐振频率（TE201与TE102模式），腔体折叠缝隙区域分别存在强磁场和强电场，在该区域注入样品可实现在同一传感区域对磁性材料和介电材料的检测。本发明将折叠技术应用于衬底集成波导谐振腔，利用折叠腔体的两个不同谐振频点进行传感检测。本发明设计的负阻补偿电路极大地提高谐振器在两个谐振频点处的品质因数，是一种高精度的、非侵入式的可分别检测油中铁屑含量和水含量的多功能传感器。

主权项：1.一种高Q有源传感器，其特征在于：所述传感器包含无源谐振腔和负阻有源电路；所述传感器的基体是由两块上下叠合的介质基板构成，在基体中形成无源谐振腔，所述无源谐振腔是一个矩形谐振腔沿中心线折叠的二分之一模腔；每块所述介质基板均具有顶层金属层、中间介质层以及底层金属层，两块所述介质基板的中间介质层均刻蚀有多个金属化通孔（3），呈矩形均匀分布形成所述无源谐振腔的外围，等效无源谐振腔的金属边界；在无源谐振腔的折叠缝隙区域形成通道，所述通道紧邻谐振腔矩形平面的一条边，通道内穿过一根聚四氟乙烯管（5）用于装载待测样品；在第一介质基板（1）的顶层金属层上布置有三段共面波导传输线，其中两段共面波导传输线通过SMA转接头连接矢量网络分析仪，一段共面波导传输线通过SMA转接头连接负阻有源电路；第二介质基板（2）的边缘刻蚀矩形凹槽（2-1），布置其中两段共面波导传输线所连接的SMA转接头；所述传感器利用谐振腔的第二谐振频点即腔体谐振模式TE201和第三谐振频点即腔体谐振模式TE102进行传感检测；在无源谐振腔第二和第三谐振频点处，无源谐振腔的折叠缝隙区域分别存在强磁场和强电场，在该区域注入待测样品即实现在同一传感区域对磁性材料和介电材料的检测；无源谐振腔的等效电路模型为Lr、Cr和Rr的并联电路，两段共面波导传输线所连接的矢网端口阻抗分别为Z1与Z2，两段共面波导传输线与谐振腔之间的理想变压器模型匝数比分别为1:n1与1:n2；连接负电阻Rneg的一段共面波导传输线与无源谐振腔之间的匝数比为1:n3，进而无源SIW谐振器耦合负电阻Rneg构成负阻有源电路；所述负阻有源电路的三极管BFP420的发射极e串联变容二极管SMV1430和隔直电容C1后输出负阻Rneg；三极管BFP420的基极b串联反馈电感LB后接地；三极管BFP420的集电极c串联隔直电容C2与负载电阻R1后接地；三个扼流电感L1、L2和L3分别与变容二极管SMV1430阴极、三极管BFP420的发射极e和集电极c和相连；正向偏置电源V1串联扼流电感L1后为变容二极管SMV1430提供偏置电压；反向偏置电源V2串联电阻R2和电感L2后为三极管BFP420发射极e提供偏置电压；正向偏置电源V3串联电阻R3和电感L3后为三极管BFP420集电极c提供偏置电压。

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