提出了一種測量介電常數微弱變化的新型傳感器。該傳感器利用幅度相同、相位相反的兩路信號的相互抵消作用，來消除背景噪聲，達到提高靈敏度的作用。此裝置主要包括兩個相同的威爾金森功分器、一個同相巴倫和一個180°反相巴倫。通過對去離子水與不同濃度乙醇溶液之間介電常數的差異的測量可知，該傳感器能夠探測到的介電常數的最小絕對變化和相對變化分別為1. 68% 和2. 07% ，與微波濕度傳感器相比，所提出的傳感器的靈敏度更高。

引言

　　測量介電常數微小變化的技術在很多領域都有廣泛的應用: 比如在細胞研究，電磁兼容等方面。介電光譜學即測量介電常數及其微小變化的方法有著很多優勢，像便于大量生產，易于與其電它電路集成等。現有的微波介電常數測試方法主要有傳輸法、反射法、自由空間輻射法和諧振腔法等。在這些方法中，傳輸線是一種重要的高頻測量結構。然而，該測量方法由于傳輸線的背景噪聲大而使測量靈敏度受限，通常情況下，這種背景噪聲很強而無法忽略。鑒于此，本文設計了一種新型傳感器，該傳感器利用片上相消技術來提高測量靈敏度。

1、寄生效應的片上相消原理

　　1.1、傳感器的原理圖

　　圖1 是我們提出的靈敏傳感器的原理圖，可以看出該傳感器由兩個相同的威爾金森功分器和兩條支路組成。一條支路( 用來放置測量物) 通過一個同相的共面波導- 槽線背靠背巴倫，另一條支路( 用來放置參考物) 通過一個180°反相的共面波導- 槽線背靠背巴。信號由端口1 輸入，然后由功分器將輸入信號平均分配到兩條支路上。最后，兩路信號同時到達第二個威爾金森功分器并由端口2 輸出。

圖1 提出的靈敏傳感器原理圖及各部分長度

4、影響測量精度的因素分析

　　對稱性是影響測量精度的最重要的因素，該裝置中造成結構的不對稱的因素如下: 共面波導- 槽線背靠背180°反相巴倫與同相巴倫的不完全對稱性; 參考區與測量區粘貼的塑料管是手動操作的，這就難免會由于定位不準影響整個裝置的對稱性。其它影響測試靈敏度的因素有測量塑料管與參考塑料管的長度(半徑) 與高度h。圖5 所示為管道的半徑不變，高度h 發生變化時，相同的介電常數ε'引起的頻率的偏移(fm) 情況。從圖5 可以看出，隨著測量溶液高度的增加，頻率的偏移量也在增加，但是當高度h 高于56μm 時，對測量結果已無影響，因為h=64μm 與h=56μm 兩條曲線已經重合。

圖5 不同高度h 下，相同的介電常數變化引起的頻偏

5、結論

　　綜上可知，本文提出了一個測量介電常數微小變化的高靈敏度傳感器，該傳感器利用幅度相同，相位相反的兩路信號的相消作用來提高靈敏度。實驗結果表明，該傳感器能夠探測的介電常數的最小絕對變化為1.68，與微波濕度傳感器相比，本文提出的方法測試靈敏度更高。后期工作包括測量數據的處理及拓展測試帶寬。