(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210925343.3 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 西南大学 地址 400715 重庆市北碚区天生路2号 (72)发明人 黄杰　胡世恒　 (74)专利代理 机构 成都东唐智 宏专利代理事务 所(普通合伙) 51261 专利代理师 晏辉 (51)Int.Cl. G01N 27/22(2006.01) G01N 27/74(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 基于微波负阻电路补偿技术的电磁多功能 高分辨率传感器 (57)摘要 本发明公开了一种基于微波负阻电路补偿 技术的电磁多功能高分辨率传感器， 涉及传感器 技术领域。 本发明传感器包含谐振腔体、 嵌入在 无源谐振腔体中的第一环形微流体 芯片、 第二环 形微流控芯片与负阻补偿电路； 无源谐振腔体由 上层介质基板和下层介质基板纵向叠合组成。 本 发明通过上下两空心金属圆柱通过圆柱周围相 邻两层介质基板之间环形底层金属相连， 在谐振 腔中心形成一个等效电感柱， 作为短路同轴线内 导体， 内导体周围圆柱区域具有强磁场， 作为磁 导率传感区域， 上下第二金属通孔等效的环形电 容柱通过两极板之间环形金属层等效的环形平 行板电容相连， 形成短路同轴线的外导体， 环形 平行板电容之间存在强电场， 作为介电传感区 域。 权利要求书2页 说明书8页 附图11页 CN 115372424 A 2022.11.22 CN 115372424 A 1.一种基于微波负阻电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感器， 其特征在于， 所述 传感器包含谐振腔 体(1)、 嵌入在无源谐振腔 体(1)中的第一环形微流体 芯片(2)、 第二环形 微流控芯片(3)与负阻补偿电路(4)； 所述无源谐振腔体(1)由上层介质基板(11)和下层介 质基板(12)纵向叠合组成； 所述上层介质基板(11)和下层介质基板(12)中心均开有环形台阶槽， 所述上层介质基 板(11)具有顶层金属层、 中间介质层、 底层金属层以及台阶槽底部的环形 金属层四层结构； 所述下层 介质基板(12)具有顶层金属层、 中间介质层以及底层金属层共三层结构； 所述无源谐振腔体(1)的谐振腔是由一圈第一金属通孔(111)围成， 所述第一金属通孔 (111)刻蚀在两块介质基板的相同位置； 所述上层介质基板(11)与下层基板(12)的中心位置均开有金属化通孔(114)与第四金 属通孔(123)， 两金属化通孔 纵向重合， 通过上层介质基板(11)金属化通孔底端的环形底层 金属(115)和下层 介质基板(12)金属化 通孔顶端的环形顶层金属(125)结合在一 起； 所述上层介质基板(11)的底层金属层被刻蚀至中间介质层形成第二金属通孔(113)， 所述第二金属通孔(113)的外径边缘接近第一金属通孔(111)， 内径边缘接近金属化通孔 (114)， 所述第二金属通孔(113)的向上刻蚀至部 分中间介质层形成有环形微流控芯片嵌入 槽， 嵌入所述第一环形微 流体芯片(2)； 所述下层介质基板(12)的顶层金属层被刻蚀至中间介质层形成第二环形台阶槽 (122)， 所述第二环形台阶槽(122)内径 边缘接近第四金属通孔(123)， 所述第二环形台阶槽 (122)的向下刻蚀至部分中间介质层形成有环形微流控芯片嵌入槽， 嵌入所述第二环形微 流控芯片(3)； 所述上层介质基板(11)和下层介质基板(12)的有沿腔体中心轴环形分布的两圈第二 金属通孔(112)与第三金属通孔(121)， 所述第二金属通孔(112)与第三金属通孔(121)纵向 重合， 形成上电容柱和下电容柱， 按照两圈第二金属通孔(112)与第三金属通孔(121)围成 的同心圆环区域， 上层介质基板(11)的环形台阶槽底部与下层介质基板(12)的上表面设有 纵向重合的环形 金属层(1 110)。 2.根据权利要求1所述的一种基于微波负阻 电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感 器， 其特征在于， 所述第一环形微 流体芯片(2)上有单向导 通的第一 微流通道(22)； 所述第二环形微 流控芯片(3)上有单向导 通的第二 微流通道(32)。 3.根据权利要求2所述的一种基于微波负阻 电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感 器， 其特征在于， 所述上层介质基板(11)从顶层金属层向下有两个分布在两圈第二金属通 孔(112)中间的金属化开放式第一通孔(116)与第一环形微流体芯片(2)的微流通道连通， 作为微流通道(22)的出、 入液孔； 所述上层介质基板(11)从顶层金属层向下有一个分布在 中心金属化通孔(114)的非金属化开放式第一通孔(117)与第二环形微流控芯片(3)的微流 通道连通， 作为第二 微流通道(32)的入液口； 所述下层介质基板(12)从底层 金属向上有一个分布在中心第四金属通孔(123)的非金 属化开放式第三通孔(12 4)与第二环形微流控芯片(3)的微流通道连通， 作为第二微流通道 (32)的出 液孔。 4.根据权利要求3所述的一种基于微波负阻 电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感 器， 其特征在于， 所述上层介质基板(11)的顶层金属层的上下区域有两条关于横轴对称的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115372424 A 2第一共面波导馈电线(118)； 所述负阻补偿电路(4)通过第二共面波导馈电线(119)与所述 无源谐振腔体(1)相连。 5.根据权利要求4所述的一种基于微波负阻 电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感 器， 其特征在于， 所述第一环形微流体芯片(2)采用聚四氟乙烯作为材料； 所述第二环形微 流控芯片(3)采用聚四氟乙烯作为材 料。 6.根据权利要求5所述的一种基于微波负阻 电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感 器， 其特征在于， 所述第一环形微流体芯片(2)、 第二环形微流控芯片(3)、 第二金属通孔 (113)、 第二环形台阶槽(122)、 环形金属层(1110)、 环形底层金属(115)、 环形顶层金属 (125)和中心位置的金属化通孔(114)与第四金属通孔(123)的圆心均在同一条竖直直线 上。 7.根据权利要求1所述的一种基于微波负阻 电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感 器， 其特征在于， 所述下层介质基板(12)在对应第一共面波导馈电线(118)的位置蚀刻出矩 形缺口(126)。 8.根据权利要求4所述的一种基于微波负阻 电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感 器， 其特征在于， 所述第二共面波导馈电线(119)外接一段渐变微带线(1111),连接所述负 阻补偿电路(4)。 9.根据权利要求4所述的一种基于微波负阻 电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传感 器， 其特征在于， 所述两块介质基板的中间介质层材料均为 Rogers 4350B， 其相对介电常数 为3.48， 相对磁导 率为1， 损耗 正切角为0.0 037。 10.根据权利要求1所述的一种基于微波负阻电路补偿技术的电磁多功能高分辨率传 感器， 其特征在于， 所述负阻补偿电路4包括电阻、 电容、 电感、 三极管、 变容二极管； 电感L1 一端与三极管BFP420基极b与相连， 电感L1另一端直接接地； 三极管BFP420集电极c分别与 变容二极管的阴极端， 电感L2一端相连； 变容二极管SMV1405的阴极端分别与电感L4的一 端、 电容C1 的一端相连； 电感L4的另一端接电压源VBias正极； 电压源VBias负极接地； 电容 C1另一端作为负阻电路的输出端； 电阻R2一端与电感L2另一端相连， 电阻R2另一端与电压 源V1正极相连； 电压源V1负极直接接地； 三级管BFP420发射极e分别与电感L3一端， 电容C2 一端相连； 电阻R3一端与电感L3另一端相连， 电阻R3另一端接电压源V2负极； 电压源V2 正极 直接接地； 电阻R 1一端与电容C2另一端相连， 电阻R 1另一端直接 接地。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115372424 A 3