СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТРЁХ ТИПОВ СВЧ-РЕЗОНАТОРНЫХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКИХ СРЕД

Аннотация

Представлен сравнительный анализ трёх типов резонаторных СВЧ-датчиков для измерения диэлектрических свойств жидких сред: комплементарного кругового спирального резонатора (CCSR, Complementary Circular Spiral Resonator), комплементарного прямоугольного двойного кольцевого резонатора (CDSRR, Complementary Dual Split Ring Resonator) в составе микрополосковой патч-антенны при полном покрытии пробой, а также двухкольцевого щелевого планарного резонатора (DSRR) с интегрированным микрофлюидным каналом
в вертикальной конфигурации над щелевыми зазорами – RGV). Для каждого датчика приведены конструкция, геометрические параметры, эквивалентная электрическая схема и аналитический расчёт индуктивности, ёмкости и резонансной частоты. Сравнение проведено в единых условиях: методом полноволнового электромагнитного моделирования в среде CST Studio Suite (решение в частотной области, диапазон 1–6 ГГц) рассчитаны характеристики рассеяния при загрузке датчиков пробами с относительной диэлектрической проницаемостью 1, 10, 25, 50 и 78 при двух уровнях тангенса угла диэлектрических потерь (0,01 и 0,10) — всего 30 расчётов. Для каждой точки определены резонансная частота, нагруженная добротность по уровню −3 дБ
и чувствительность. Показано, что наибольшую чувствительность обеспечивает CDSRR, наибольшую и наиболее стабильную добротность – DSRR на подложке при низких потерях,
а наилучшую повторяемость отклика к диэлектрическим потерям во всём диапазоне – CCSR. Полосовой отклик DSRR уменьшается при пробах с большими потерями, тогда как режекторные отклики CCSR и CDSRR сохраняются. Сформулированы рекомендации по применению каждого типа датчика.