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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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。

如图1、图2所示，基于复合左右手传输线的多端口宽带相消型传感器，包括地平面1、介质层2、在介质层2上布局有第一环形耦合器、第二环形耦合器和两个连接线7；第一环形耦合器、第二环形耦合器均包含一个信号输入端口、两个信号输出端口以及一个信号隔离端口，且所有端口的特征阻抗均为50欧姆；第一环形耦合器的两个信号输出端口具有相反的相位，第二环形耦合器的两个信号输出端口具有同相相位；两个连接线7的两端分别与第一环形耦合器的两个信号输出端口及第二环形耦合器的信号输入端口相连，第一、二环形耦合器的另外三个端口可根据需求设置为传感器的端口或者末端加载匹配负载，从而使得传感器能够在双端口、三端口、四端口及五端口之间自由调谐；第一环形耦合器、第二环形耦合器的总长度的各端口之间的长度为在两个连接线7的中分别加载了复合左右手支节，用作测试区域使用，在测试区域设置有微流通道，微流通道设置有液体样品的进口和出口。因此该方案从两个技术层面实现宽带高灵敏度检测，一方面采用干涉相消消除了传输线的背景噪声，另一方面在测试区域加载了复合左右手传输线以增强其电场，增强微波与被测物的相互作用。

传统的第二环形耦合器由三段相移为-90度的右手传输线和一段相移为-270度的右手传输线构成，而本发明所用的第二环形耦合器是将传统环形耦合器的-270度右手传输线替换为90度的复合左右手传输线，该替换没有改变输出端口之间的相位差，唯一不同的是改变了传统环形耦合器的带宽，特别地，所述的复合左右手传输线通过SMT贴片实现。

通过该设计方案，优化相关参数，可使提出的传感器实现1GHz-4GHz的测试，当测试区域放上被测样品时，传感器的传输系数及相消频段会发生偏移，传输系数幅度及相消频率的变化反映了被测物介电特性的损耗角正切及介电特性实部的变化。本发明正是利用了微波的上述传输原理，设计出了带宽增强型微波干涉仪，设计的电路及测试区域微流通道使被测物充分影响电磁波的传输，因此该装置的检测灵敏度可大大提高。通过有限元算法对该检测装置进行了数值仿真，实验结果显示该装置可在1GHz-4 GHz的频带内实现信号相消，通过在测试区域加载的复合左右手传输线支节可使微波干涉仪在宽带内敏感感知纳升量级的微流体引起的微弱信息。

如图1、图2所示，复合左右手支节由微带结构的串联交指电容9及并联分支线电感8组成。

具体的方案：串联交指电容9包括八个直角拐弯的微带枝条，其中第一个及第八个直角拐弯的微带枝条两端分别与连接线相连，另一端与第二个或者第七个直角拐弯的微带枝条一端相连，其余各直角拐弯的微带枝条首尾相连。所述并联分支线电感8由折线电感构造，是由刻蚀在金属层上的八个直角拐弯的缝隙组成的，其中第一个直角拐弯的缝隙一端与第二个直角拐弯的缝隙相连，最后一个直角拐弯的缝隙末端开路，其余各直角拐弯的缝隙首尾相连。

如图1、图2所示，第一环形耦合器包括均为微带型传输线的信号输入端口Ⅰ3、信号输出端口Ⅰ4、信号隔离端口Ⅰ6和信号输出端口Ⅱ41；信号输入端口Ⅰ3、信号输出端口Ⅰ4、信号隔离端口Ⅰ6和信号输出端口Ⅱ41的一端连接构成一个带有缺口的圆形传输线；其中，信号输入端口Ⅰ3、信号输出端口Ⅰ4之间的缺口处加载了SMT贴片组成的复合左右手传输线5，用于实现信号输出端口Ⅰ4处的相位超前信号输入端口Ⅰ90度，信号输出端口Ⅱ41处的相位滞后信号输入端口Ⅰ90度，使得信号输出端口Ⅰ4、信号输出端口Ⅱ41之间的相位差为180度，因此这两列信号通过相同的的路径到达信号隔离端口Ⅰ6时，可使信号相消。

如图1所示，第二环形耦合器包括均为微带型传输线的信号输入端口Ⅱ10、信号输出端口Ⅲ12、信号隔离端口Ⅱ13和信号输出端口Ⅳ14；信号输入端口Ⅱ10、信号输出端口Ⅲ12、信号隔离端口Ⅱ13和信号输出端口Ⅳ14的一端连接构成一个带有缺口的圆形传输线；其中，信号输出端口Ⅲ12、信号输出端口Ⅳ14之间的缺口加载了SMT贴片组成的复合左右手传输线5，用于实现信号输出端口Ⅳ14的信号超前信号输出端口Ⅲ90度，从信号隔离端口Ⅱ13处过来的信号则相位滞后90度。

如图1所示，在第二环形耦合器中并未加载SMT贴片元件，这是因为信号从信号输入端口Ⅰ3输入，两条连接线7上获得了180的相位差的两列信号，到达第二环形耦合器的信号输入端口Ⅱ10部分时相消，该相消信号分别通过的路径11到达信号输出端口Ⅲ12和信号隔离端口Ⅱ13，因此理想条件下，信号输出端口Ⅲ12和信号隔离端口Ⅱ13可获得两个近零传输信号；在第二环形耦合器的信号输出端口Ⅲ12和信号输出端口Ⅳ14之间也加载了SMT贴片的复合左右手传输线以实现信号输出端口Ⅳ14的信号超前信号输出端口Ⅲ90度，而从信号隔离端口Ⅱ13处过来的信号则相位滞后90度，因此两束信号到达信号输出端口Ⅳ14仍然可以抵消，在信号输出端口Ⅳ14的末端开路或者加载扇形辐射面。

如图2所示，第二环形耦合器包括均为微带型传输线的信号输入端口Ⅲ15、信号输出端口Ⅴ16、信号隔离端口Ⅲ17和信号输出端口Ⅵ18；信号输入端口Ⅲ15、信号输出端口Ⅴ16、信号隔离端口Ⅲ17和信号输出端口Ⅵ18的一端连接构成一个圆形传输线，信号输出端口Ⅵ18处仍不会有信号输出，此时整个传感器会有三个信号相消端口，一个信号输入端口和一个信号输出端口，特别地，可在信号输出端口Ⅵ18处加载扇形辐射面或者开路结构，如果第二环形耦合器采用传统结构，则整个环形耦合器的尺寸为一个波长，各端口之间为传感器的尺寸会增加，但第二环形耦合器规避了SMT贴片元件。

为便于微流体介电特性的检测，在如图1所示的两个测试区域设置了微流通道，微流通道包含PDMS层，其厚度为3mm,宽度和长度分别为2.5mm和3.0mm，同时在微流通道上设置了流体的进口和出口，其进口和出口采用低损耗的聚四氟乙烯管与PDMS相连，测试时传感器的输入端口与输出端口(即信号输入端口Ⅰ3和信号输出端口Ⅳ14)(如图1所示)分别与矢量网络分析仪相连，同时将被测物采用推进器注入微流通道的进口，并间隔一定时间将该样品从出口推出去，然后用去离子水将微流通道清洗，干燥后再测试另一个样品。

本发明关于微流体介电特性及其微小变化检测的对象是微流体或者是被测流体的温度、浓度或内部结构的微小变化，检测原理是通过分析检测装置加载被测对象前后两端口传输参数的相位变化情况。由于本发明提出的检测装置在未加载被测物时信号相消的技术消除了背景噪声，又在测试区域加载了复合左右手支节提高了测试区的电场，减小了被测物的体积，因此可在宽带内可敏感感知极微小样品引起的微弱信号，且可根据测试需求将传感器设置为双端口、三端口、四端口及五端口测试器件，具有很大的可调谐性。

图3给出了检测装置为三端口时，未加载被测物时传输参数情况，从图中可以看出，本发明提出的检测装置在1GHz到4GHz的范围其传输参数约低于-20dB，反射系数约低于-15dB。当参考物与被测物一样时，传感器的传输参数不会变化。当被测物与参考物不一样时，传输参数会发生变化，这种变化主要表现在，根据被测物与参考物介电特性的差异产生传输参数的频率偏移和幅度变化如图4和5所示。图4和图5给出了仅在测试区域加载某高损耗样品(介电常数为15和20，损耗角正切为0.2和0.4)时，计算出的传输参数的变化情况，传输参数频率的偏移和幅度的变化分别反映了被测物与参考物之间介电特性实部与虚部的差异。

综上，本发明提供的基于复合左右手传输线的多端口宽带相消型传感器，在用于微流体介电特性及其微小变化检测时，具有很多新颖的优点：该发明属于集成型、小型化、宽带及多端口结构；本发明提出的结构可包含了两个或者三个信号相消端口，而现有的微波干涉仪一般包含一个信号相消端口，多个信号相消端口可获得更多的被测物的信息，使得被测物介电特性的提取更加准确；通过在测试区域加载串联交指电容及并联分支线电感支节可大大减少被测流体体积，并使该技术有效地适用于细胞学、电磁场生物医学、微波化学非热效应及蛋白质热变性等领域的应用；且该装置灵敏度高，频带宽，检测方法简单，易于集成，具有与其他装置组合成微型分析系统的潜质，本发明提出的装置为多端口测量，可避免多解问题，因而其流体介电特性微小变化的信息捕捉结果更加精确、更加可靠。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。