一种可调节阻抗的平面涡流天线及其离子浓度检测方法与流程

本发明涉及电磁转换天线领域，更具体地说，涉及一种可调节阻抗的平面涡流天线及其离子浓度检测方法。

背景技术：

1、电磁转换天线作为无线能量传输、近场传感检测的核心器件，在无线充电、化工环境监测、防爆高压设备配套等领域应用广泛。其中，平面涡流天线因结构轻薄、近场耦合性能优异，成为离子浓度检测、小型化电磁转换场景的主流选择。但现有平面涡流天线及对应的离子浓度检测技术，仍存在诸多技术缺陷，难以适配复杂严苛的应用场景。

2、其一，阻抗匹配灵活性差，电磁转换效率较低。现有平面涡流天线的阻抗多为固定设计，天线巴伦无可调结构，不太方便根据不同主机阻抗、工作环境灵活调整特征阻抗，不太方便实现精准阻抗匹配，导致天线回波损耗大、能量反射严重，电磁转换效率大幅降低，影响了传感检测灵敏度；

3、其二，高压防爆场景安全性有所欠缺，存在尖端放电风险。现有同类天线多采用带尖端的辐射结构，在高压、易燃易爆的化工环境中，易产生尖端放电现象，不仅会损坏天线及配套设备，还可能引发安全事故，难以满足化工防爆、高压设备配套的安全使用需求，场景适配性较差；

4、其三，离子浓度检测精度较低，抗干扰能力较弱。当前基于电磁天线的离子浓度检测技术，多采用单一天线检测模式，对介质中氢离子、氯离子、金属离子等特定离子浓度变化引发的电磁场波动捕捉精度较低；同时未充分考虑温度对天线参数的影响，环境温度漂移易导致谐振频率、品质因数等近场参数失真，难以实现离子浓度的动态、精准定量检测，检测结果可靠性较低；

5、综上，现有平面涡流天线存在阻抗不可调、极端环境适应性较差、高压防爆安全性有所欠缺、离子浓度检测精度较低的技术痛点，亟需研发一种可灵活调节阻抗、适配恶劣环境、安全可靠且检测精度高的平面涡流天线及配套检测方法，以解决现有技术存在的缺陷，满足多场景电磁转换与离子浓度精准检测需求，所以我们提出了一种可调节阻抗的平面涡流天线及其离子浓度检测方法来解决上述存在的问题。

技术实现思路

1、1．要解决的技术问题

2、现有平面涡流天线存在阻抗不可调、极端环境适应性较差、高压防爆安全性有所欠缺、离子浓度检测精度较低的技术痛点，亟需研发一种可灵活调节阻抗、适配恶劣环境、安全可靠且检测精度高的平面涡流天线及配套检测方法，以解决现有技术存在的缺陷，满足多场景电磁转换与离子浓度精准检测需求。

3、技术方案

4、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

5、一种可调节阻抗的平面涡流天线，包括天线载体、天线辐射体、天线焊盘以及天线巴伦；

6、所述天线载体为高频pcb板；

7、所述天线辐射体为设置于所述天线载体上表面的右旋涡流状微带线，且所述天线载体上开设有通孔，所述右旋涡流状微带线一端延伸至所述天线载体上表面一侧，所述右旋涡流状微带线另一端通过所述通孔延伸至所述天线载体下表面一侧，所述右旋涡流状微带线两端端部位置相对称；

8、所述天线焊盘为两个外露的微带铜箔片，所述天线载体一侧还设置有射频同轴馈线，所述射频同轴馈线通过两个所述微带铜箔片于所述右旋涡流状微带线的两端端部相焊接；

9、所述天线巴伦为所述右旋涡流状微带线内侧预设的若干圈阻抗调节段，且若干圈所述阻抗调节段表面可移除地粘贴有微带铜箔条，通过拓宽所述天线巴伦对应区域的所述微带铜箔条尺寸，调节天线特征阻抗，实现与主机阻抗匹配。

10、进一步的，所述天线载体为聚四氟乙烯（ptfe）板，厚度为0.5mm～2.0mm，所述微带铜箔条为背胶铜箔，厚度为0.01mm～0.1mm，形状为矩形、扇形或与所述天线巴伦的所述阻抗调节段走向相匹配的条状。

11、进一步的，所述天线辐射体和所述天线巴伦表面通过黑色有机保焊膜相覆盖。

12、一种可调节阻抗的平面涡流天线的离子浓度检测方法，包括以下步骤：

13、（a）将所述平面涡流天线置于含有待测特定离子的介质环境中；

14、（b）测量所述平面涡流天线输入端口的回波损耗s11或电压驻波比，获取初始阻抗匹配状态；

15、（c）根据目标阻抗值，计算需拓宽的所述天线巴伦的所述阻抗调节段及对应所述微带铜箔条的尺寸；

16、（d）裁剪所述微带铜箔条的尺寸至计算所得形状与尺寸，可移除地粘贴于所述阻抗调节段对应位置上；

17、（e）重新测量天线输入端口参数，若未达到匹配要求，重复步骤（c）-（e），直至阻抗匹配；

18、（f）通过所述射频同轴馈线向所述平面涡流天线馈入射频激励信号，测量所述平面涡流天线近场参数，所述近场参数包括谐振频率、回波损耗s11、品质因数q值中的至少一种；

19、（g）基于预设数学模型，将测得的所述近场参数转换为待测特定离子的浓度值，所述数学模型反映离子浓度与所述平面涡流天线等效电感、等效电容的关联关系；

20、（h）输出并显示所述特定离子的浓度值。

21、进一步的，所述步骤（f）中，在-55℃～165℃温度范围内，预先测量所述平面涡流天线不同温度下的空载近场参数，建立温度补偿曲线，且实际检测时，根据环境温度校正测得的近场参数。

22、进一步的，所述步骤（g）中，所述待测特定离子包括化学反应溶液中的氢离子、氯离子或金属离子。

23、进一步的，所述步骤（d）中，所述微带铜箔条为多条，可选择性粘贴于所述天线巴伦的一处或多处位置。

24、进一步的，所述步骤（f）中，所述射频激励信号的频率为100mhz～200mhz。

25、进一步的，所述步骤（a）中，将两片所述平面涡流天线以固定间距置于介质环境中，通过双天线电磁场变化提高离子浓度检测精度。

26、有益效果

27、相比于现有技术，本发明的优点在于：

28、（1）本发明，通过天线巴伦内侧预设的阻抗调节段，配合可移除粘贴的微带铜箔条，可按需拓宽右旋涡流状微带线尺寸，实现特征阻抗精准调节，灵活适配不同主机阻抗与工作频率，有效解决传统平面涡流天线阻抗固定、匹配精度较差的问题，降低射频信号反射损耗，提升电磁转换效率，保障传感检测灵敏度与信号传输稳定性；

29、（2）本发明，天线辐射体采用连续闭环的右旋涡流状微带线结构，无尖端设计，从根源上规避高压、易燃易爆化工环境中的尖端放电风险，避免设备损坏与安全事故，适配防爆高压设备配套、易燃易爆化工反应釜监测等高危场景，提升应用安全性与场景适配性；

30、（3）本发明，采用双天线固定间距布设模式，配合-55℃～165℃全温域温度补偿曲线，有效消除环境温度漂移导致的参数失真问题，通过两路电磁场信号交叉验证，显著提升检测精度，同时支持单天线简易检测模式，兼顾高精度定量检测与现场快速筛查需求，抗干扰能力强、检测结果可靠。

1.一种可调节阻抗的平面涡流天线，其特征在于，包括天线载体（1）、天线辐射体（2）、天线焊盘（3）以及天线巴伦（4）；

2.根据权利要求1所述的一种可调节阻抗的平面涡流天线，其特征在于：所述天线载体（1）为聚四氟乙烯（ptfe）板，厚度为0.5mm～2.0mm，所述微带铜箔条（6）为背胶铜箔，厚度为0.01mm～0.1mm，形状为矩形、扇形或与所述天线巴伦（4）的所述阻抗调节段（401）走向相匹配的条状。

3.根据权利要求1所述的一种可调节阻抗的平面涡流天线，其特征在于：所述天线辐射体（2）和所述天线巴伦（4）表面通过黑色有机保焊膜相覆盖。

4.一种可调节阻抗的平面涡流天线的离子浓度检测方法，包括应用于权利要求1-3任一项所述的一种可调节阻抗的平面涡流天线，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种可调节阻抗的平面涡流天线的离子浓度检测方法，其特征在于：所述步骤（f）中，在-55℃～165℃温度范围内，预先测量所述平面涡流天线不同温度下的空载近场参数，建立温度补偿曲线，且实际检测时，根据环境温度校正测得的近场参数。

6.根据权利要求4所述的一种可调节阻抗的平面涡流天线的离子浓度检测方法，其特征在于：所述步骤（g）中，所述待测特定离子包括化学反应溶液中的氢离子、氯离子或金属离子。

7.根据权利要求4所述的一种可调节阻抗的平面涡流天线的离子浓度检测方法，其特征在于：所述步骤（d）中，所述微带铜箔条（6）为多条，可选择性粘贴于所述天线巴伦（4）的一处或多处位置。

8.根据权利要求4所述的一种可调节阻抗的平面涡流天线的离子浓度检测方法，其特征在于：所述步骤（f）中，所述射频激励信号的频率为100mhz～200mhz。

9.根据权利要求4所述的一种可调节阻抗的平面涡流天线的离子浓度检测方法，其特征在于：所述步骤（a）中，将两片所述平面涡流天线以固定间距置于介质环境中，通过双天线电磁场变化提高离子浓度检测精度。