Beschreibung
Sensor und Verfahren zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor und ein Verfahren zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums. Ferner betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung mit einem solchen Sensor sowie einer Analysevorrichtung.
Auf verschiedenen technischen Gebieten kann es erforderlich sein, eine oder mehrere dielektrische Eigenschaften eines Me¬ diums zu bestimmen. Eine solche Bestimmung kann beispielswei¬ se mit Hilfe von Mikrowellen erfolgen, wobei verschiedene Verfahren eingesetzt werden können, wie beispielsweise eine
Transmissionsmessung, Reflexionsmessung oder Resonanzmessung. Bei der Transmissionsmessung werden dielektrische Eigenschaften basierend auf dem Durchgang (Transmission) von Signalen durch ein Medium oder einen Leiter ermittelt. Bei der Refle- xionsmessung werden dielektrische Eigenschaften basierend auf der Reflexion von Signalen an beziehungsweise mittels des Me¬ diums ermittelt. Die Resonanzmessung basiert auf der Ermitt¬ lung der Resonanzeigenschaften, das heißt der Schwingungseigenschaften, des Mediums, welche wiederum zur Ermittlung der dielektrischen Eigenschaften verwendet werden können.
Die Ergebnisse dieser Messungen können zur Ermittlung von dielektrischen Eigenschaften des Mediums, insbesondere der komplexen Dielektrizitätskonstante, herangezogen werden. Die- se Eigenschaften können Aufschluss über diverse andere Eigenschaften des Mediums geben. Hierzu zählen beispielsweise die Konzentration von Glucose, Alkohol oder Salz in einem Medium.
Die Bestimmung der Dielektrizitätskonstante kann in verschie- denen Bereichen gewünscht sein, wie in der Medizin oder auch in industriellen Anlagen, beispielweise im Rahmen der Prozessinstrumentierung. Hierbei ist es wünschenswert, bereits
kleine Konzentrationsänderungen feststellen zu können, wozu eine hohe Messgenauigkeit erforderlich ist.
Demnach ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Er- mittlung von dielektrischen Eigenschaften eines Mediums hinsichtlich der Messgenauigkeit zu verbessern.
Demgemäß wird ein Sensor zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums vorgeschlagen. Der Sensor weist ein Substrat, welches zumindest eine Durchkontaktierung aufweist, und einen Wellenleiter auf, welcher planar in Bezug auf eine obere Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Der Wellenlei¬ ter ist über die zumindest eine Durchkontaktierung mit einer Analysevorrichtung verbindbar. Des Weiteren ist der Wellen- leiter dazu eingerichtet, ein Eingangssignal von der Analyse¬ vorrichtung zu empfangen und ein Ausgangssignal an die Analy¬ sevorrichtung auszugeben, wobei Eigenschaften des Eingangssignals und des Ausgangssignals bei Kontakt des Wellenleiters mit einem Medium indikativ für die dielektrische Eigenschaft des Mediums sind.
Mit dem vorgeschlagenen Sensor können Transmissions- und Reflexionsmessungen durchgeführt werden. Durch seine planare Struktur wird eine Verbesserung der Messgenauigkeit der die- lektrischen Eigenschaft des Mediums erreicht. Des Weiteren können kompakte Messeinheiten realisiert werden, wodurch der Sensor in einer Vielzahl von technischen Gebieten einsetzbar ist. Da der Sensor kleine Abmessungen aufweisen kann, kann er auch mobil eingesetzt werden. Der Sensor kann beispielsweise im medizinischen Bereich als mobiles Gerät eingesetzt werden, welches auch direkt an einer Person Messungen durchführen kann, wobei das Medium der Haut entsprechen könnte. Daher kann eine Probenentnahme entfallen. Des Weiteren kann der Sensor in verschiedenen industriellen Anlagen eingesetzt werden, entweder als fest installierte oder als mobile Vorrichtung. Hierbei kann der Sensor eben-
falls direkt in Kontakt mit dem Medium gebracht werden, wo¬ durch eine Probenentnahme entfallen kann.
In dem beschriebenen Sensor ist ein Wellenleiter planar in Bezug auf ein Substrat angeordnet. Als Substrat kann bei¬ spielsweise eine Leiterplatte verwendet werden. Das Substrat kann aus einem dielektrischen Material bestehen oder dieses aufweisen . Der Wellenleiter kann irgendeine Art von Wellenleiter sein, der planar in Bezug auf die obere Oberfläche des Substrats angeordnet werden kann. „Planar in Bezug auf die obere Ober¬ fläche des Substrats" kann in diesem Zusammenhang planar auf oder planar mit der oberen Oberfläche des Substrats bedeuten. Bevorzugt handelt es sich um einen planaren Wellenleiter.
Durch die planare Anordnung kann eine kompakte Sensoreinheit erreicht werden. Unter „planar" ist eine Anordnung des Wellenleiters zu verstehen, bei der die obere Oberfläche der Sensoranordnung eben oder flach ist.
Der Wellenleiter ist über Durchkontaktierungen mit einer Analysevorrichtung verbindbar. Durchkontaktierungen in diesem Zusammenhang bezeichnen Öffnungen, die sich von der oberen Oberfläche des Substrats zu der entgegengesetzten Seite des Substrats durch das Substrat hindurch erstrecken.
Die Analysevorrichtung kann eine beliebige Vorrichtung sein, die geeignet ist, ein Eingangssignal an den Wellenleiter zu senden, ein Ausgangssignal von diesem zu empfangen und basie- rend auf Eigenschaften dieser beiden Signale eine dielektrische Eigenschaft des Mediums zu ermitteln. Die Ermittlung kann beispielsweise basierend auf einem Vergleich der Phase und/oder Amplitude des Eingangssignals und des Ausgangssig¬ nals erfolgen, da sich diese materialabhängig, das heißt in Abhängigkeit von dem Medium, verändern.
Ein Signal, welches durch den Wellenleiter gesendet wird, er¬ zeugt um den Wellenleiter ein Streufeld. Dieses (elektromag-
netische) Streufeld durchdringt das Medium. Dabei ändern sich beispielsweise die Phase und/oder Amplitude des Eingangs- und Ausgangssignals. Diese Änderungen können zur Ermittlung der dielektrischen Eigenschaft (en) des Mediums verwendet werden.
Das Eingangssignal wird von der Analysevorrichtung erzeugt. Sofern es sich bei der durchzuführenden Messung um eine
Transmissionsmessung handelt, wird das Eingangssignal an ei¬ nem Ende des Wellenleiters in den Wellenleiter eingespeist und am anderen Ende des Wellenleiters als Ausgangssignal wie¬ der von der Analysevorrichtung empfangen. Im Falle einer Reflexionsmessung wird das Eingangssignal in den Wellenleiter an einem Ende eingespeist. An dem anderen Ende, welches in die¬ sem Fall offen, also nicht elektrisch verbunden ist, tritt das Signal aus dem Wellenleiter in das Medium ein und wird von diesem zumindest teilweise reflektiert und in den Wellen¬ leiter zurückgekoppelt. Dieses zurückgekoppelte Signal wird wiederum von der Analysevorrichtung als Ausgangssignal empfangen .
Die Analysevorrichtung kann beispielsweise ein Netzwerkanaly- sator sein. Ein solcher Netzwerkanalysator kann ein vekto- rieller Netzwerkanalysator (VNA) sein. Dieser kann eingesetzt werden, um Streuparameter von elektrischen Messobjekten zu messen. Streuparameter bezeichnen die Reflexions- und Transmissionseigenschaften der Messobjekte. In Zusammenhang mit dem hierin beschriebenen Sensor bezieht sich der Begriff „Messobjekt" auf ein Medium. Das Medium kann einen festen, flüssigen oder gasförmigen Zustand annehmen. Es kann sich da- bei unter anderem um eine Flüssigkeit oder ein Gas handeln.
Durch den hierin beschriebenen Sensor wird daher eine kostengünstige Vorrichtung zur Ermittlung von dielektrischen Eigenschaften eines Mediums bereitgestellt. Diese Vorrichtung bie- tet eine Ermittlung der dielektrischen Eigenschaften über einen großen Messbereich. Der Sensor kann ohne Probenentnahme eingesetzt werden und ist daher einfacher in der Handhabung als herkömmliche Sensoren.
Bei einer Ausführungsform ist der Wellenleiter planar auf der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Wellenleiter ein
planarer Wellenleiter, der auf der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet ist. In diesem Zusammenhang bedeutet planar, dass der Wellenleiter flach ist und mit dem Substrat zusammen eine ebene Fläche ausbildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Wellenleiter eine Streifenleitung .
Eine Streifenleitung kann eine Mikrostreifenleitung, eine Koplanarleitung oder eine Schlitzleitung sein. Auch andere
Arten von Streifenleitungen oder anderen planaren Wellenleitern sind möglich. Diese Arten von Wellenleitern bieten den Vorteil, dass sie auf einem Substrat wie beispielsweise einer herkömmlichen Leiterplatte planar angeordnet sein können. Streifenleitungen bestehen üblicherweise aus einem oder mehreren dünnen, leitfähigen Streifen, die auf einem Dielektrikum (beispielsweise einem Substrat) aufgebracht sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat zumin- dest zwei Durchkontaktierungen auf, und der Wellenleiter ist über die zumindest zwei Durchkontaktierungen mit einem Ein- gangsanschluss und einem Ausgangsanschluss der Analysevor¬ richtung verbindbar. Auf diese Weise kann der Wellenleiter mit der Analysevorrichtung mit seinen beiden Enden verbunden werden. In diesem Fall kann die Analysevorrichtung eine 2-Tor-Analysevorrichtung sein. Diese Anordnung wird zur Transmissionsmessung verwendet, bei der ein Eingangssignal durch die Analysevorrichtung in ein Ende des Wellenleiters eingespeist und ein Ausgangs¬ signal an dem anderen Ende des Wellenleiters empfangen wird. Sobald der Wellenleiter in Kontakt mit dem zu untersuchenden Medium ist, das heißt „belastet" ist, verändern sich die Ei-
genschaften des Ausgangssignals im Vergleich zum Eingangssig¬ nal. Beispielsweise können die sogenannten Streuparameter (S- Parameter) ermittelt werden. Diese S-Parameter werden als Funktion der Frequenz gemessen und geben Werte der Reflexion und Transmission an. Aus diesen können mittels geeigneter Verfahren die dielektrischen Eigenschaften des Mediums, wie beispielsweise die Dielektrizitätskonstante, ermittelt wer¬ den . Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Ende des Wellenleiters planar mit dem Substrat angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist der Wellenleiter so angeordnet, dass nur ein Ende des Wellenleiters an der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und der Wellenleiter durch die Durchkontaktierung hindurch reicht. Das Ende des Wellenlei¬ ters an der oberen Oberfläche des Substrats ist planar mit dem Substrat angeordnet. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Wellenleiter als ein offener Leiter ausgebildet.
Ein offener Leiter, das heißt ein Leiter, der nur mit einem Ende an die Analysevorrichtung gekoppelt ist, wohingegen das andere Ende ohne elektrische Verbindung ist, wird, wie oben beschrieben, zur Reflexionsmessung verwendet. Ein Signal, welches in den Wellenleiter eingespeist wird, tritt an dem offenen Ende aus dem Wellenleiter aus. Durch das zu untersuchende Medium wird das Signal zumindest teilweise wieder in den Wellenleiter zurückgekoppelt. Anhand dieser Rückkopplung können ebenfalls S-Parameter ermittelt werden. Der Netzwerk- analysator kann in diesem Fall als Ein-Tor ausgebildet sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat ein dielektrisches Material auf.
Das Substrat kann eine Leiterplatte sein, die aus einem die¬ lektrischen Material besteht.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Schutzschicht über der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet. Eine solche Schutzschicht kann zum Schutz vor Verschmutzung oder auch vor Feuchtigkeit durch das Medium dienen. Die
Schutzschicht kann beispielsweise eine Folie sein. Als Mate¬ rial für die Schutzschicht kann beispielsweise Parylene C oder Silikon eingesetzt werden. Diese Materialen können über einen hohen Temperaturbereich eingesetzt werden. Andere Materialen können ebenfalls verwendet werden. Bevorzugt sollten diese die Hochfrequenzeigenschaften des Wellenleiters nicht beeinflussen. Die Schutzschicht kann sehr dünn, beispielswei¬ se einige Mikrometer dick, sein, beispielsweise in dem Be- reich von 5 bis 10 Mikrometern, was ebenfalls dazu beiträgt, die Hochfrequenzeigenschaften des Wellenleiters nicht zu be¬ einflussen .
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat eine untere Substratschicht und eine obere Substratschicht auf.
Beide Substratschichten können aus demselben Material gefertigt sein. In der unteren Substratschicht kann die Analyse¬ vorrichtung integriert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der oberen Substratschicht und der unteren Substratschicht eine Masse¬ schicht angeordnet. Die Masseschicht trennt die obere von der unteren Substrat¬ schicht. Durch die Masseschicht wird eine Verbindung mit Mas¬ se ermöglicht, wenn Durchkontaktierungen nicht durch das gesamte Substrat, sondern nur durch eine Substratschicht bis zur Masseschicht reichen. Die Masseschicht kann aus einem Me- tall bestehen oder eine Metallisierung aufweisen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Wellenleiter über einen Koaxialübergang mit einem weiteren Wellenleiter auf der unteren Substratschicht verbunden. Ein Koaxialübergang bezeichnet einen breitbandigen Übergang, das heißt eine Verbindung, zwischen dem Wellenleiter und einem weiteren Wellenleiter oder einem anderen Leiter. Das bedeutet, dass der Wellenleiter über breitbandige Übergänge mit der Analysevorrichtung verbindbar ist. Breitbandige Übergänge bieten die Übertragung eines breiten Frequenzbereichs an. Hierzu werden Koaxialübergänge verwendet. Diese Übergänge werden mittels eines koaxialen Leiters bereitgestellt, die einen inneren Leiter aufweisen, und um diesen konzentrisch angeordnet einen weiteren Leiter. Dieser weitere Leiter kann aus mehreren einzelnen Leitern bestehen. Durch diese Anordnung wird ein breitbandiger (durch den koaxialen Übergang) sowie mehrlagiger (durch die Mehrzahl von Wellenleitern) Übergang bereitgestellt. Weiterhin wird eine Sensoranordnung zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums vorgeschlagen. Die Sensoranordnung weist den oben erläuterten Sensor und eine Analysevorrichtung auf, die mit dem Sensor verbunden ist. Bei einer Weiterbildung ist die Analysevorrichtung in dem Substrat des Sensors integriert.
Die Analysevorrichtung kann direkt in das Substrat integriert sein. Der Wellenleiter befindet sich in diesem Fall auf der einen Seite der Sensoranordnung und die Analysevorrichtung auf der entgegengesetzten Seite der Sensoranordnung. Auf diese Weise kann zum einen eine kompakte Sensoranordnung erreicht werden. Zum anderen ist es möglich nur die Seite der Sensoranordnung, die den Wellenleiter aufweist, in Kontakt mit dem Medium zu bringen, so dass die Analysevorrichtung geschützt ist.
Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Analysevorrichtung ein Netzwerkanalysator .
Ein Netzwerkanalysator (VNA) wird in der Hochfrequenztechnik eingesetzt, um die Streuparameter ( S-Parameter) , also Reflexion und Transmission, von elektrischen Messobjekten (hier das Medium) als Funktion der Frequenz zu messen.
Der Netzwerkanalysator kann ein Signal (hinlaufende Welle) in den Wellenleiter senden, der mit dem zu untersuchenden Objekt (device under test) , das heißt dem Medium, in Kontakt ist. Die Frequenz, Amplitude und Phase des Signals sind bekannt. Das Medium reflektiert einen Teil dieses Signals (rücklaufen¬ de Welle am Eingang) , welcher Teil bei der Reflexionsmessung das Ausgangssignal darstellt. Das restliche, das heißt nicht reflektierte, Signal läuft in den Wellenleiter im Medium, wird dort verändert (beispielsweise gedämpft, verstärkt oder phasenverschoben) und wird am Ausgang des Wellenleiters als übertragenes Signal (rücklaufende Welle am Ausgang) von dem Netzwerkanalysator wieder empfangen. Die Unterschiede zwi- sehen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal werden, wie oben beschrieben, zur Ermittlung der dielektrischen Eigenschaften des Mediums verwendet.
Außerdem wird ein Verfahren zur Ermittlung einer dielektri- sehen Eigenschaft eines Mediums mittels eines Sensors vorge¬ schlagen. Der Sensor weist ein Substrat, welches zumindest eine Durchkontaktierung aufweist, und einen Wellenleiter auf, welcher planar in Bezug auf eine obere Oberfläche des Sub¬ strats angeordnet ist, wobei der Wellenleiter über die zumin- dest eine Durchkontaktierung mit einer Analysevorrichtung verbindbar ist. Das Verfahren weist als ersten Schritt das Empfangen eines Eingangssignals von der Analysevorrichtung auf. In einem weiteren Schritt wird ein Ausgangssignal an die Analysevorrichtung ausgegeben, wobei Eigenschaften des Ein- gangssignals und des Ausgangssignals bei Kontakt des Wellen¬ leiters mit einem Medium indikativ für die dielektrische Ei¬ genschaft des Mediums sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Sensors zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungs- beispiels einer Sensoranordnung zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungs¬ beispiels einer Sensoranordnung zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums;
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungs¬ beispiels einer Sensoranordnung zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums;
Fig. 5 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbei¬ spiels eines Koaxialübergangs für einen Sensor nach Fig. 1 oder für eine Sensoranordnung nach einer der Figuren 2 bis 4;
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbei¬ spiels eines Koaxialübergangs für einen Sensor nach Fig. 1 oder für eine Sensoranordnung nach einer der Figuren 2 bis 4;
Fig. 7 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbei¬ spiels eines Koaxialübergangs für einen Sensor nach
Fig. 1 oder für eine Sensoranordnung nach einer der Figuren 2 oder 3; und
Fig. 8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Beispiels ei- nes Verfahrens zur Ermittlung einer dielektrischen
Eigenschaft eines Mediums.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sensors 10 zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums gezeigt. Der Sensor 10 weist ein Substrat 11 auf, wobei ein Wellenleiter 12 planar in Bezug auf das Substrat 11 auf einer oberen Oberfläche des Substrats 11 angeordnet ist.
Planar in Bezug auf das Substrat 11 kann sowohl planar auf der oberen Oberfläche des Substrats 11 sowie planar mit dem Substrat 11 bedeuten. Dies wird in den folgenden Figuren noch näher erläutert. Obwohl in Fig. 1 der Wellenleiter 12 zur Veranschaulichung über das Substrat 11 hinausragt, ist die obere Oberfläche des Substrats 11 zusammen mit dem Wellenlei¬ ter 12 im Wesentlichen eben.
Über eine Durchkontaktierung 13 kann der Wellenleiter mit einer Analysevorrichtung 20, beispielsweise einem Netzwerkana- lysator, verbunden werden. Der vektorielle Netzwerkanalysator (VNA) 20 sendet ein Signal an den Wellenleiter 12, bezie- hungsweise koppelt ein Signal in den Wellenleiter 12, und empfängt ein Signal von dem Wellenleiter 12. Basierend auf diesen Signalen kann der VNA 20 eine dielektrische Eigenschaft eines Mediums ermitteln, das in Kontakt mit dem Sensor 10 gebracht wird. Mit dem Sensor 10 ist eine Reflexionsmes- sung durchführbar.
Ein Beispiel einer Anordnung für eine Transmissionsmessung ist in Fig. 2 gezeigt. Der Sensor 10 in der Sensoranordnung
200 weist zwei Substratschichten auf, eine obere Substrat¬ schicht 201 und eine untere Substratschicht 202. Der Wellen¬ leiter 12 wird in Kontakt mit einem Medium 205, beispielswei¬ se einer Flüssigkeit in einem Behälter 206, gebracht. Der Be- hälter 206 kann so groß gewählt werden, dass er keinen Ein- fluss auf die Messung hat.
Der Wellenleiter 12 ist über mehrlagige breitbandige Übergänge 203, 204 mit dem VNA 20 verbunden. Der Sensor 10 kann kostengünstig auf handelsüblichen Substraten, wie Leiterplatten, gefertigt werden. Der VNA 20 kann, wie in Fig. 2 gezeigt, in der unteren Substratschicht 202 integriert sein. Alternativ kann der VNA 20 auch extern angeordnet sein. Ein integraler Aufbau bietet jedoch eine besonders kompakte Sensoranordnung.
Wie in der Sensoranordnung 300 von Fig. 3 ersichtlich, kann der VNA 20 für die Messung von diskreten Frequenzen ein Zwei- Tor-Netzwerkanalysator mit zwei Toren 305, 306 sein. Um auch geringe Konzentrationsänderungen von zum Beispiel Alkohol-, Salz oder Zuckergehalt in dem Medium 205 bestimmen zu können, ist eine hohe Messgenauigkeit wünschenswert, die durch die hierin beschriebenen Ausführungsformen des Sensors und der Sensoranordnung erreicht werden kann. Die Tore 305, 306 sind über Verbindungen 307, beispielsweise Kabel, durch die
Durchkontaktierungen hindurch mit dem Wellenleiter 12 verbunden .
Wie in Fig. 3 gezeigt, kann eine Schutzschicht 304, bei¬ spielsweise eine Folie, über dem Sensor 10 angebracht werden, um die Robustheit des Sensors 10 zu erhöhen. Diese Schutz¬ schicht 304 schützt den Sensor 10 vor Verschmutzung oder Eindringen von Flüssigkeit. Hierdurch kann auch das Durchdringen des Substrats 11 mit Flüssigkeit verhindert werden. Zwischen der oberen Substratschicht 301 und der unteren Sub¬ stratschicht 302 ist in dieser Ausführungsform eine Masseschicht 303 angeordnet. Durch diese wird eine Verbindung von der oberen Substratschicht 301 auf Masse möglich, ohne die
Verbindungen durch die untere Substratschicht 302 hindurchführen zu müssen. Dies führt ebenfalls zu einer vereinfachten und kompakten Sensoranordnung 300. Bei der Sensoranordnung 400 in Fig. 4 ist der Wellenleiter 12 planar mit der oberen Oberfläche der oberen Substratschicht 301 angeordnet. Ein Ende des Wellenleiters 12 schließt also mit der oberen Oberfläche ab. Über einen Koaxialübergang 401 wird der Wellenleiter 12 mit einem Tor 402 des VNA 20 verbun- den, der in diesem Fall ein Ein-Tor-Net zwerkanalysator ist.
Ein weiterer Wellenleiter (hier nicht gezeigt) , beispielsweise eine Mikrostreifenleitung, kann sich auf der Unterseite der unteren Substratschicht 302 befinden. Diese wird durch den Koaxialübergang 401 in einen offenen Leiter übergeführt.
Fig. 5 zeigt einen solchen Koaxialübergang 500. Dieser kann verwendet werden, um zwei Wellenleiter miteinander oder einen Wellenleiter 12 mit dem VNA 20 zu verbinden. Ein zentraler Leiter 501 stellt eine Durchkontaktierung von der oberen Substratschicht 301 zu der unteren Substratschicht bereit. Mit einer Dicke r± (Innenradius) wird der zentrale Leiter von ei¬ ner Isolationsschicht 502 umgeben. Eine zweite Isolations¬ schicht 503 umgibt diese. Eine dritte Isolationsschicht 505 umgibt wiederum die zweite Isolationsschicht 503. Die Isola¬ tionsschichten 502, 503, 505 sind konzentrisch um den zentralen Leiter 501 angeordnet. In der dritten Isolationsschicht 505 sind Durchkontaktierungen 504 angeordnet, die eine Verbindung mit der Masseschicht bereitstellen.
Wie in Fig. 6 gezeigt, reichen die Durchkontaktierungen 504 lediglich bis zur Masseschicht 303. In Fig. 6 ist ein erster Wellenleiter 500 auf der oberen Substratschicht 301 und ein zweiter Wellenleiter 500 auf der unteren Substratschicht 302 angeordnet. Die beiden Wellenleiter 500 sind über den zentra¬ len Leiter 501 des Koaxialübergangs miteinander verbunden. Der zentrale Leiter 501 wird von der Masseschicht 303 durch
eine Isolationsschicht 601 oder Aussparung elektrisch ge¬ trennt .
Bei einer Sensoranordnung 300 für eine Transmissionsmessung, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt, wird der Wellenleiter 12 über Durchkontaktierungen mit dem VNA 20 verbunden. In Fig. 7 ist ein Koaxialübergang 700 für einen solchen Sensor gezeigt. Die beiden gezeigten Koaxialübergänge 500 werden durch den die Mikrostreifenleitung 701, oder einen anderen Wellenleiter, verbunden. Die Kopplungslänge lk der Koaxial¬ übergänge, das heißt die Länge der Mikrostreifenleitung, kann, in Abhängigkeit von den Messfrequenzen und dem zu untersuchenden Medium 205 ausgewählt werden, um eine optimale Wellenführung zu erreichen. Die Wahl der Radien r± und ra kann die Empfindlichkeit der Messungen beeinflussen.
Fig. 8 zeigt einen schematischen Ablaufplan eines Verfahrens 800 zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums 205. Hierbei empfängt in einem ersten Schritt 801 ein Wellenleiter 12 eines Sensors 10, wie er in den Figuren 1 bis 7 beschrieben wurde, ein Eingangssignals von einer Analyse¬ vorrichtung 20. In einem zweiten Schritt 802 gibt der Wellenleiter 12 ein Ausgangssignal an die Analysevorrichtung 20 aus. Wenn der Wellenleiter 12 in Kontakt mit einem Medium 205 ist, sind Eigenschaften des Eingangssignals und des Ausgangs¬ signals indikativ für die dielektrische Eigenschaft des Medi¬ ums 205. Diese kann wie oben beschrieben weiter bestimmt und verwendet werden. Wie bereits beschrieben, ist der hierin beschriebene Sensor und die entsprechende Sensoranordnung kostengünstig in der Herstellung im Vergleich zu bekannten Sensoren. Die Sensoren können in verschiedenen Messumgebungen eingesetzt und einfach integriert werden. Die Empfindlichkeit der Messungen kann durch entsprechende Wahl der Radien r± und ra der Koaxial¬ übergänge eingestellt werden. Des Weiteren ist durch den planaren Aufbau ein kompaktes Messgerät realisierbar, da Sensor und Analysevorrichtung eine Einheit bilden können. Zu-
sätzlich werden größere Messbereiche und verbesserte Messge¬ nauigkeiten ermöglicht.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .