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专利号: 2020114253523
申请人: 西南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于衬底集成波导重入式谐振腔和微流控技术的微波差分传感器,其特征在于:包含两个上下重叠的谐振腔体(1)(3)和分别嵌入在谐振腔体中的微流控芯片(2)(4);

两个所述谐振腔体均由上层盖板和下层底板叠合构成,所述上层盖板和下层底板均包含顶层金属层、中间介质层及底层金属层;每个所述谐振腔体的上层盖板和下层底板在中间介质层中均设置数个连接顶层与底层金属层的金属通孔,围成谐振腔的金属壁;

所述谐振腔体(1)的上层盖板(1‑1)在金属壁围成的区域内自底层金属往上刻蚀至部分中间介质层形成凹槽,凹槽中嵌入所述微流控芯片(2);下层盖板(1‑2)自顶层金属往下刻蚀至部分中间介质层形成环槽,环槽外周与凹槽外周大小相同,两者共同构成一个谐振腔;所述环槽未刻蚀的中心区域设有阵列分布的金属通孔(1‑2‑2),形成电容柱(1‑2‑1);

所述谐振腔体(3)的底层盖板(3‑2)在金属壁围成的区域内自顶层金属往下刻蚀至部分中间介质层形成凹槽,凹槽中嵌入所述微流控芯片(4),上层盖板(3‑1)自底层金属往上刻蚀至部分中间介质层形成环槽,环槽外周与凹槽外周大小相同,两者共同构成另一个谐振腔;所述环槽未刻蚀的中心区域设有阵列分布的金属通孔(3‑1‑2),形成电容柱(3‑1‑1);

所述电容柱(1‑2‑1)和电容柱(3‑1‑1)所在位置为各自腔体中电场最强的区域,所述微流控芯片(2)和微流控芯片(4)的微流道分别对应于该电场最强的区域分布;两谐振腔体(1)(3)中电容柱的半径不同,电容柱半径大的腔体为传感谐振腔,电容柱半径小的腔体为参考谐振腔;两个所述谐振腔体(1)(3)间直接接触的的底层金属和的顶层金属,将两腔体纵向地阻隔开,使得电磁场很好地束缚在各自的腔体中;

所述谐振腔体(3)的上层盖板和下层底板的左右两端比谐振腔体(1)的上层盖板和下层底板宽,作为馈电线设置区,在上层盖板(3‑1)的顶层金属层的左右区域设置有两条关于纵轴对称的馈电线(3‑1‑3),从谐振腔体(3)的两侧馈入,所述馈电线采用微带线加带状线结构形式;所述谐振腔体(1)的下层底板(1‑2)的底层金属层在与所述馈电线(3‑1‑3)重叠的位置,也设置相同结构的馈电线,所述馈电线为纵向的腔体提供等功率,使得两腔体可以同时谐振。

2.根据权利要求1所述的微波差分传感器,其特征在于:所述围成谐振腔的金属壁的金属通孔靠近上层盖板和下层底板的边缘位置分布并沿纵轴与横轴对称,所述谐振腔也是沿纵轴与横轴对称。

3.根据权利要求2所述的微波差分传感器,其特征在于:所述凹槽和环槽均为圆形,形成的所述谐振腔也为圆形。

4.根据权利要求1、2或3所述的微波差分传感器,其特征在于:所述馈电结构(3‑1‑3)有五个部分,第一部分是渐变微带线,第二部分是与渐变微带线连接的矩形带状线,第三部分为与矩形带状线直接连接的梯形,第四和第五部分是为了满足馈电而设置的免焊接终端连接器接地装置,是位于第一部分两侧并关于第一部分对称的两个由三角形和矩形组成的整体。

5.根据权利要求4所述的微波差分传感器,其特征在于:所述馈电结构(3‑1‑3)的第一部分渐变微带线是由长8mm,宽3mm且特征阻抗为50Ω的矩形传输线渐变所得,该微带线在馈电端口的宽度为0.6mm,从馈电口往腔体中心位置逐渐变大,经过4mm的长度后,渐变至

3mm宽,此时暂停渐变,经过1.5mm后,再次由3mm宽经过2.5mm的长度渐变至1.11mm宽。

6.根据权利要求5所述的微波差分传感器,其特征在于:所述馈电结构(3‑1‑3)的第二部分矩形带状线长为2mm,宽为1.11mm,所述馈电结构(3‑1‑3)的第三部分的梯形是一个带状线转衬底集成波导的结构,该梯形的上底与第二部分矩形带状线连接,为1.11mm,该梯形的下底为5.55mm,高为13mm,用于将信号馈入腔体内,改善传输响应;在下层底板(1‑2)的底层金属与盖板(3‑1)的顶部金属接触的位置刻蚀有相同的结构。

7.根据权利要求5所述的微波差分传感器,其特征在于:所述谐振腔体(3)的下层底板(3‑2)在与上层盖板(3‑1)设置馈电线(3‑1‑3)区域对应的位置从顶层金属刻蚀到底层金属形成安装免焊终端连接器的缺口;优选地,蚀刻长度为16.425mm,宽度为6mm。

8.根据权利要求1、2或3所述的微波差分传感器,其特征在于:所述谐振腔体(1)的上层盖板(1‑1) 和所述谐振腔体(3)的底层盖板(3‑2)上设置有连通各自微流控芯片的微流道的进、出液孔;所述微流控芯片(2) 和(4)的微流道为螺旋状,深度为0.455mm,宽度为

1.5mm,间距为0.8mm;优选地,所述微流道(2‑1)、(4‑1)的起点与终点区域均设有一段类似锥形的转接结构(2‑1‑1)、(4‑1‑1)。

9.根据权利要求1、2或3所述的微波差分传感器,其特征在于:所述上层盖板和下层底板的中间介质层材料为Rogers 4350,其相对介电常数为3.66,相对磁导率为1,损耗正切角为0.004。