[0020] 下面将结合附图及优选实施例对本发明作进一步详细说明。
[0021] 如图1所示，本实施例基于耦合微带线的微波位移传感器，包括定子和动子，动子与待测物体相连，以测量其相对定子的位移量。
[0022] 定子分为三层：顶层1‑1包括四条长方形的金属补丁；中间层1‑2为介质板；底层1‑3是金属薄片。
[0023] 本实施例中，定子的中间介质层1‑2为罗杰斯4350系列的方形介质板，其介电常数为3.66，损耗角正切为0.004，厚度为0.762mm。整个定子介质板的长度为30mm，宽度为20mm。
[0024] 方形介质板1‑2的上表面设置定子顶层1‑1，其由两组耦合微带线组成。两组并排且对称排列的耦合微带线线结构共涉及四条平行微带线，同一组耦合微带线中的两条微带线之间存在间隙，两组耦合微带线之间也有较长的横向距离。本实施例中，同一组耦合微带线中的两条微带线之间的间隙设置为0.3mm，而两组耦合微带线之间的间距则设置为17.85mm。两组耦合微带线靠内侧的一条均开有通孔1‑6，将两组耦合微带线接地以取得更好的测量性能。
[0025] 在四条耦合微带线中，靠外侧的两条微带线分别接输入端口1‑4、输出端口1‑5，从而形成二端口网络。输入端口、输出端口分别连接一个SMA头，SMA头则与矢量网络分析仪相连。
[0026] 方形介质板1‑2的下表面设置定子底层1‑3，其是一个完整的金属薄片，作为整个传感器的底面，以保证信号的完整性不受影响。
[0027] 动子分为两层：第一层2‑1是下层，处于第二层之下表面，其是方形金属补丁；第二层2‑2采用了罗杰斯4350系列的方形介质板2‑2。动子的两端分别接触两组耦合微带线处于内侧的两个微带线。与动子相连的待测物体移动将引起动子与定子之间的相对运动。
[0028] 动子的第二层介质板材料与定子的中间介质相同，其长度为19mm，使其横跨两组耦合微带线靠内侧的一条，同时也可保证点接触；宽度设置为5mm，以满足工艺加工的需求，太窄的介质板难以加工。
[0029] 定子上的四条微带线宽度均为1.69，以达到50欧姆的阻抗匹配；同时动子的金属补丁的宽度也被设置为1.69mm。定子上两组耦合微带线均平行同向，终端均近似断路，或可以视为由一电容接至地面。本实施例中，上述微带结构参数均按照50欧姆的标准进行设置以匹配外部的测量电路，以防止损耗。对于耦合线结构，两条相邻微带线之间的间隙设置为0.3mm，而两组微带线之间的距离则设置为17.85mm，动子的微带结构与定子的顶层微带线形成电接触，通过动子沿定子上移动的相对位移量来改变两条耦合微带线的性质，进而影响输出的传输零点所处的频率点。出于工艺的考量，定子的介质板尺度大于其上金属补丁尺度，且金属层的参数仍然维持50欧姆微带线参数的设置，而介质板的宽度则大于金属补丁的宽度设置为5mm。
[0030] 通过动子移动而引起两个谐振点的变化，再通过这两个谐振点频率的差值来计算，计算过程如下：设d为位移量与1mm的比值，Δf为右侧谐振点与左侧谐振点的差值与1GHz的比值，则：
[0031] d＝7.5×Δf+0.875
[0032] 待测物体移动的量，该传感器不仅具有高灵敏度和高精度的优良性能，而且结构简单、测量范围广、实用性很强。
[0033] 如图2所示为结构的参数标注图。其中，L1表示定子介质板的长度，W1表示定子介质板的宽度；L2表示动子介质板的长度，W2表示动子介质板的宽度；Ls表示定子上方形微带结构的长，Ws表示定子上方微带结构的宽，两组耦合先上的四条微带线均采用一致的长、宽；G表示一组耦合线内部两条微带线之间的间隙大小，两组耦合线采取相同的间隙。Lm表示动子上金属层的长，Wm表示动子上金属层的宽；D表示定子上两个耦合线上内部的微带结构之间的横向的距离；Ts表示定子介质板的厚度，Tm表示动子介质板的厚度。通过优化得到各个参数的数值，如表1所示：
[0034] 表1
[0035] 参数 L1 W1 L2 W2 Ls Ws数值(mm) 30 20 19 5 16 1.69
参数 Lm Wm D Ts Tm G
数值(mm) 19 1.69 17.85 0.762 0.762 0.3
[0036] 如图3所示为本发明双端口一定频率范围内随定子位移量变化的传输系数图。可以看出，在如图3所示的频率段内存在两个谐振点，分别位于中心频率的左右两侧。随着动子相对定子向一个方向移动，两个传输零点的位置都分别发生了单调性变化。位于中心频率右侧的传输零点，随着待测物体的位移不断右移；位于中心频率左侧的传输零点，随着待测物体的位移不断左移。因此，随着待测物体向某一个方向移动，左右两侧传输零点的差值将会逐渐增大，且按照两个传输零点之间频率的差值能够更精确地反映待测物体在这一方向上的移动的位移量。根据输出型号传输零点的位置，即可以推断待测物体位移的情况。此处的测量方式体现了灵敏度的意义，另外对于环境改变时表现的稳定性作为本发明的优势也能更加精确地给出测量的结果。
[0037] 如图4所示为中心频率左右的两个谐振点在待测物体发生位移之后在频率上的移动图。从此图中可以更加清晰地看出，左右两个谐振点随着横轴位移量的增大，之间的距离也越来越大。初始时两个谐振点均位于中心频率附近的位置；而物体位移量增大以后则两个谐振点都相距中心频率越来越远。
[0038] 上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。
