CN111613884A - 基于微带天线的分子探测器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于微带天线的分子探测器及系统，具体而言，涉及分子探测领域。本发明提供了一种基于微带天线的分子探测器包括：金属底板、绝缘层和两个导体贴片。当该分子探测器检测分子的时候，将待测分子置于金属底板底部凹槽内，待测分子会改变金属底板的电特性，由于微带天线的工作原理可知，该传感器的谐振频率对金属底板和导体贴片的电特性极其敏感，分子的引入会引起传感器谐振频率的偏移，并通过偏移量的变化与待测分子大小与数量对应关系，可以准确得到分子的大小与数量，完成分子的精密探测。

Description

基于微带天线的分子探测器及系统

技术领域

本发明涉及分子探测领域，具体而言，涉及一种基于微带天线的分子探测器及系统。

背景技术

分子探测作为一项与国民生产生活息息相关的工作，分子、化学、医学领域具有十分重要的应用。

经常被讨论的分子探测的方法一般是针对微量目标分子的超敏感检测方法，这样的探测方法根据工作方式的不同大致可以分为两类：一类是基于折射率敏感的探测方法，另一类是基于分子指纹吸收的探测方法。

然而，这些探测效果一般都表征为目标分子存在与否，浓度变化，无法实现对分子大小与数量的精密探测。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于微带天线的分子探测器及系统，以解决现有技术中探测效果一般都表征为目标分子存在与否，浓度变化，无法实现对分子大小与数量的精密探测的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种基于微带天线的分子探测器，分子探测器包括：金属底板、绝缘层和两个导体贴片，绝缘层设置在金属底板的一侧，两个导体贴片相互平行的设置在绝缘层远离金属地板的一侧，且两个导体贴片沿绝缘层的中心点对称，不沿绝缘层的对称轴对称，金属底板远离导体贴片的一侧位置有凹槽，且凹槽的中线与金属底板的一条对称轴重合。

可选地，该导体贴片的材料为金、银、铜中的至少一种。

可选地，该绝缘层的材料为聚酰亚胺、二氧化硅、氧化铝中的至少一种。

可选地，该绝缘层的长边与导体贴片的长边垂直。

可选地，该绝缘层的厚度为0.5毫米-1毫米。

可选地，该绝缘层的长边与导体贴片的长边平行。

可选地，该分子探测器还包括两个贴片延伸端，两个贴片延伸端分别设置在两个导体贴片间隔最远的两端，且两个贴片延伸端分别与其相连接的导体贴片垂直。

可选地，该两个导体贴片的长边长为18-20毫米，宽为4-6毫米，两个贴片延伸端的短边长为13-15毫米，宽为4-6毫米。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于微带天线的分子探测系统，分子探测系统包括：矢量网络分析仪和第一方面任意一项的基于微带天线的分子探测器，矢量网络分析仪用于检测传感器的谐振频率的变化。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于微带天线的分子探测器包括：金属底板、绝缘层和两个导体贴片，绝缘层设置在金属底板的一侧，两个导体贴片相互平行的设置在绝缘层远离金属地板的一侧，且两个导体贴片沿绝缘层的中心点对称，不沿绝缘层的对称轴对称，金属底板远离导体贴片的一侧位置有凹槽，且凹槽的中线与金属底板的一条对称轴重合。当该分子探测器检测分子的时候，将待测分子置于金属底板底部凹槽内，待测分子会改变金属底板的电特性，由微带天线的工作原理可知，该传感器的谐振频率对金属底板和导体贴片的电特性极其敏感，分子的引入会引起传感器谐振频率的偏移，并通过偏移量的变化与待测分子大小与数量对应关系，可以准确得到分子的大小与数量，完成分子的精密探测。此外，由于本发明分子探测器是基于微带天线结构设计，因此还具有成本低、质量轻，易于集成的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于微带天线的分子探测器的横截面示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种基于微带天线的分子探测器的导体贴片示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于微带天线的分子探测器的导体贴片示意图。

标号：1-金属底板；2-绝缘层；3-导体贴片；31-贴片延伸端；4-凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的一种基于微带天线的分子探测器的横截面示意图，图2为本发明一实施例提供的一种基于微带天线的分子探测器的导体贴片示意图，如图1和图2所示，本申请实施例提供了一种本发明提供了一种基于微带天线的分子探测器，分子探测器包括：金属底板1、绝缘层2和两个导体贴片3，绝缘层2设置在金属底板1的一侧，两个导体贴片3相互平行的设置在绝缘层2远离金属地板的一侧，且两个导体贴片3沿绝缘层2的中心点对称，不沿绝缘层2的对称轴对称，金属底板1远离导体贴片3的一侧位置有凹槽4，且凹槽4的中线与金属底板1的一条对称轴重合。

该金属底板1和该绝缘层2在水平面上的投影一致，即该金属底板1和该绝缘层2垂直于水平面的横截面积相同，该绝缘层2设置在该金属底板1和两个导体贴片3之间，该金属底板1远离该绝缘层2的一侧开设有凹槽4，该凹槽4的贯穿该金属底板1，该凹槽4的宽度根据实际需要进行选择，在此不做具体限定，两个该导体贴片3设置在该绝缘层2的上方，且两个导体贴片3沿绝缘层2的中心点对称，不沿绝缘层2的对称轴对称，即表示两个导体贴片3相互平行，且相互错开设置，无论在水平面还是与水平面垂直的面的投影都不相同，两个该导体贴片3的长度、宽度和连个导体贴片3之间的间隔距离均可以实现更宽频带的阻抗匹配，则两个导体贴片3的长度、宽度和连个导体贴片3之间的间隔根据实际需要进行设置，在此不做具体限定。当该分子探测器检测分子的时候，将待测分子置于金属底板1底部凹槽4内，待测分子会改变金属底板1的电特性，由于微带天线的工作原理可知，该传感器的谐振频率对金属底板1和导体贴片3的电特性极其敏感，分子的引入会引起传感器谐振频率的偏移，并通过偏移量的变化与待测分子大小与数量对应关系，可以准确得到分子的大小与数量，完成分子的精密探测。此外，由于本发明分子探测器是基于微带天线结构设计，因此还具有成本低、质量轻，易于集成的优点，需要说明的是，偏移量的变化与待测分子大小与数量对应关系，根据实验测量得到，在此不做具体限定，另外，在实际应用中，该凹槽4是长方体槽，该长方体槽的长边可以与导体贴片的长边可以垂直，也可以与导体贴片3的短边垂直，若该长方体槽的长边与导体贴片3的长边垂直，此时凹槽4里的分子的加入会对沿着长边方向的电流造成改变，即增大了沿着长边方向的电流的有效路径，从而引起微带天线的谐振模式的变化，最终引起谐振频率的偏移，若该长方体槽的长边与导体贴片3的短边垂直，此时凹槽4里的分子的加入会对沿着短边方向的电流造成改变，即增大了沿着短边方向的电流的有效路径，从而引起微带天线的谐振模式的变化，最终引起谐振频率的偏移。

可选地，该导体贴片3的材料为金、银、铜中的至少一种。

两个导体贴片3的材料可以为金、银、铜中任意一种，也可以为金、银、铜中多种金属组成的混合金属，若该导体贴片3的材料为混合金属，则混合金属的混合金属类型和各种混合金属的比例根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。

可选地，该绝缘层2的材料为聚酰亚胺、二氧化硅、氧化铝中的至少一种。

该绝缘层2的材料可以为聚酰亚胺、二氧化硅、氧化铝中的任意一种，也可以为聚酰亚胺、二氧化硅、氧化铝中多种组成的混合材料，若该绝缘层2的材料为混合材料，则混合材料的材料组分以及每种材料的比例根据实际需要进行设置，在此不做具体限定。

可选地，该绝缘层2的长边与导体贴片3的长边垂直。

若该绝缘层2垂直于水平面的横截面为矩形，则该导体贴片3的长边与该矩形的长边垂直，此时凹槽4里的分子的加入会对沿着长边方向的电流造成改变，即增大了沿着长边方向的电流的有效路径，从而引起微带天线的谐振模式的变化，最终引起谐振频率的偏移。

可选地，该绝缘层2的厚度为0.5毫米-1毫米。

厚度可以为0.5毫米-1毫米之间任一厚度，该厚度范围下一方面满足比较大的微带天线的传输线特性阻抗，随之带来较宽的频带，而且可以产生更好的局域场分布，另一方面，该厚度范围也能满足大的辐射效率。

可选地，该绝缘层2的长边与导体贴片3的长边平行。

图3为本发明一实施例提供的另一种基于微带天线的分子探测器的导体贴片示意图，如图3所示，可选地，该分子探测器还包括两个贴片延伸端31，两个贴片延伸端31分别设置在两个导体贴片3间隔最远的两端，且两个贴片延伸端31分别与其相连接的导体贴片3垂直。

两个导体贴片3的两端分别设置有贴片延伸端31，该贴片延伸端31与其连接的贴片垂直，则该贴片延伸端31和该导体贴片3一起组成了“L”形结构，该“L”形结构沿绝缘层2的中心点对称，不沿绝缘层2的对称轴对称，该导体贴片3和该贴片延伸端31可以一体成型制备，该导体贴片3和该贴片延伸端31相当于“L”型结构，即两个“L”型结构设置在该绝缘层2远离金属底板1的一侧，相对平行设置。

可选地，该两个导体贴片3的长边长为18-20毫米，宽为4-6毫米，两个贴片延伸端31的短边长为13-15毫米，宽为4-6毫米。

两个导体贴片3的长边长可以为18毫米、也可以为20毫米，还可以为18毫米到20毫米之间任意尺寸，该两个导体贴片3的短边可以为4毫米、也可以为6毫米，还可以为4毫米到6毫米之间任意尺寸，两个贴片延伸端31的边长可以为13毫米、也可以为15毫米，还可以为13毫米到15毫米之间任意尺寸，两个贴片延伸端31的宽长可以为4毫米、也可以为6毫米，还可以为4毫米到6毫米之间任意尺寸，在此不做具体限定。

本发明提供了一种基于微带天线的分子探测器包括：金属底板1、绝缘层2和两个导体贴片3，绝缘层2设置在金属底板1的一侧，两个导体贴片3相互平行的设置在绝缘层2远离金属地板的一侧，且两个导体贴片3沿绝缘层2的中心点对称，不沿绝缘层2的对称轴对称，金属底板1远离导体贴片3的一侧位置有凹槽4，且凹槽4的中线与金属底板1的一条对称轴重合。当该分子探测器检测分子的时候，将待测分子置于金属底板1底部凹槽4内，待测分子会改变金属底板1的电特性，由于微带天线的工作原理可知，该传感器的谐振频率对金属底板1和导体贴片3的电特性极其敏感，分子的引入会引起传感器谐振频率的偏移，并通过偏移量的变化与待测分子大小与数量对应关系，可以准确得到分子的大小与数量，完成分子的精密探测。此外，由于本发明分子探测器是基于微带天线结构设计，因此还具有成本低、质量轻，易于集成的优点。

本发明实施例提供了一种基于微带天线的分子探测系统，分子探测系统包括：矢量网络分析仪和上述任意一项的基于微带天线的分子探测器，矢量网络分析仪用于检测传感器的谐振频率的变化。

由于微带天线的频率漂移对不同大小、数量的分子十分敏感，因此该分子探测系统性能良好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于微带天线的分子探测器，其特征在于，所述分子探测器包括：金属底板、绝缘层和两个导体贴片，所述绝缘层设置在所述金属底板的一侧，两个所述导体贴片相互平行的设置在所述绝缘层远离金属地板的一侧，且两个所述导体贴片沿所述绝缘层的中心点对称，不沿所述绝缘层的对称轴对称，所述金属底板远离所述导体贴片的一侧位置有凹槽，且所述凹槽的中线与所述金属底板的一条对称轴重合。

2.根据权利权利要求1所述的基于微带天线的分子探测器，其特征在于，所述导体贴片的材料为金、银、铜中的至少一种。

3.根据权利权利要求1所述的基于微带天线的分子探测器，其特征在于，所述绝缘层的材料为聚酰亚胺、二氧化硅、氧化铝中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的基于微带天线的分子探测器，其特征在于，所述绝缘层的长边与导体贴片的长边垂直。

5.根据权利要求4所述的基于微带天线的分子探测器，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.5毫米-1毫米。

6.根据权利要求3所述的基于微带天线的分子探测器，其特征在于，所述绝缘层的长边与导体贴片的长边平行。

7.根据权利要求5所述的基于微带天线的分子探测器，其特征在于，所述分子探测器还包括两个贴片延伸端，两个所述贴片延伸端分别设置在两个所述导体贴片间隔最远的两端，且两个所述贴片延伸端分别与其相连接的所述导体贴片垂直。

8.根据权利要求5所述的基于微带天线的分子探测器，其特征在于，两个所述导体贴片的长边长为18-20毫米，宽为4-6毫米，两个所述贴片延伸端的短边长为13-15毫米，宽为4-6毫米。

9.一种基于微带天线的分子探测系统，其特征在于，所述分子探测系统包括：矢量网络分析仪和权利要求1-8任意一项所述的基于微带天线的分子探测器，所述矢量网络分析仪用于检测传感器的谐振频率的变化。

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