基于超介质的微流体传感器

发布时间：2017-12-21 22:04

  本文关键词：基于超介质的微流体传感器　出处：《重庆邮电大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：超介质是一种人工合成的新型材料,由于具有普通自然材料不具备的特殊电磁性质,如负等效介电常数和负等效磁导率,引起了广泛的关注。对基于超介质的各种各样的器件的研究也是层出不穷,如滤波器、吸波器、隔离器、天线、无线充电系统、调制器等。基于超介质的微流体传感器由于其固有的结构简单、易于集成、检测及时、检测无标记、检测不改变溶液固有的化学物理性质等优点在生物工程和医学领域得到了越来越多的重视。首先,本文对超介质进行了研究和基本理论推导,重点阐述了超介质中的等效负介电常数和等效负磁导率,以及由此特性引起的多个特殊的效应,并利用了S参数法提取了其等效本构参数。其次,选择了满足微流体传感器特殊要求的超介质单元-开口谐振环来设计了初步的基于超介质的微流体传感器,并对其材料、尺寸等进行了仿真优化。根据等效电路分析和仿真分析,不断对其结构进行改进以优化其性能,相继提出了基于双开口谐振环的微流体传感器、基于矩形谐振环的微流体传感器和基于对称谐振环的微流体传感器,并通过拟合曲线得到了传感器的谐振频率和峰值衰减对样品溶液相对介电常数的变化关系。改进后的传感器灵敏度高(达18.99MHz/RIU2),工作频段易于检测(2GHz-5GHz),且能同时使用样品溶液透射曲线的谐振频率和峰值衰减来作为传感指标。最后,考虑到实用性,设计了通过微带线激励的三种基于互补谐振环的微流体传感器并得到了其各自谐振频率和峰值衰减与溶液相对介电常数之间的关系。选择了综合性能最好的基于互补对称谐振环的微流体传感器来进行了实物制作并利用了安捷伦适量网络分析仪进行了4组实物独立测试,比较了测试结果和仿真结果,并分析了误差原因。综上,本文设计的基于超介质的微流体传感器具有良好的性能,对基于超介质的微流体传感器的研究具有一定的指导和借鉴意义。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212

【参考文献】

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1 雷建华;;极板厚度对电容边缘效应影响的理论和仿真分析[J];电脑与电信;2013年08期

2 雷建华;;极板间距对平行板电容边缘效应的影响研究[J];电脑与电信;2013年07期

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本文编号：1317317