一种基于微波负阻电路补偿的高分辨率双重入式腔体传感器

1.本发明属于微波传感器领域，具体涉及适用于超低浓度葡萄糖溶液检测的高分辨率传感器。


背景技术：

2.当前，糖尿病已经成为世界上主流的流行病之一。截止到2014年，糖尿病患者人数已经达到了4.22亿。并且糖尿病的发病率还有逐年升高的趋势。同时糖尿病会引起末期肾病、心脏疾病、中风以及失明等诸多并发症。目前，糖尿病患者主要通过血糖仪和血糖试纸监测血糖水平。但是，每次需要患者刺破自己的手指采集血样进行血糖浓度的监测。如此日复一日的操作对于患者而言是痛苦的。
3.现如今微波传感器在非侵入式、非标记以及实时测量方面具有很大的发展潜力。并且微波传感器被广泛的应用到了农业、生物制药以及电气等领域。而且也有很多工作报道了使用微波传感器用于体内的血糖监测和体外的葡萄糖浓度测量。
4.尽管糖尿病患者是由于人体血液中葡萄糖水平过高引起的，但是这只是相较于正常人体而言。实际上人体血液中的葡萄糖含量是微量的。要想使用微波传感器实现对这种超低浓度葡萄糖溶液的监测，就需要微波传感器具有较大的灵敏度和极高的分辨率。
5.一般将微波无源传感器与微流体芯片结合在一起进行葡萄糖溶液的监测。其微流体芯片一般加载于微波谐振器电场强度最强的区域，这就保证了在所需样品体积尽量小的情况下也能保证较高的灵敏度。但是一般平面结构的微波传感器由于其强电场大多聚集在介质基板的中间介质层中难以得到利用使得其灵敏度普遍较低。然而本发明中采用的重入式腔体使得谐振腔体的强电场区域得到了充分的利用使得其灵敏度相较于平面结构而言变得更高。
6.而微波传感器的高分辨率往往与传感器自身的品质因数息息相关的。具体而言，当谐振器对应的品质因数越高时分辨率也就越高。本发明中采用负阻补偿电路的技术来对谐振腔体进行能量补偿从而提高谐振腔体的品质因数。且本发明只需要调节负阻补偿电路中的三极管和变容二极管的偏置电压的简易操作就能实现谐振腔体品质因数的极大提高从而实现葡萄糖溶液的超低浓度监测。


技术实现要素：

7.本发明提出一种基于负阻补偿的高分辨率双重入式腔体传感器，通过对两个谐振腔体同时且独立地进行能量补偿，提高二者对应谐振频率处的品质因数，并提高检测的灵敏度，提升传感器的整体性能。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种基于负阻补偿的高分辨率双重入式腔体葡萄糖传感器，所述传感器包含无源谐振腔体、微流体芯片和负阻补偿电路。
10.所述无源谐振腔体是由在四块纵向堆叠的介质基板中形成的上下两个重入式谐
振腔体构成，两个重入式谐振腔体分别形成在上部的第一和第二介质基板以及下部的第三和第四介质基板中，每个介质基板均具有顶层金属、中间介质层以及底层金属层三层结构，两个重入式谐振腔体通过直接接触的第二介质基板的底层金属和第三介质基板的顶层金属进行纵向地隔离，使得电磁场束缚在各自的腔体中。
11.所述微流体芯片有两块，分别嵌入两个重入式谐振腔体中，并分别位于各自谐振腔体电场强度最强的间隙区域。
12.在相接触的第二介质基板的底层金属和第三介质基板的顶层金属上形成两个重入式谐振腔体的腔体馈电结构和负阻补偿电路连接端口，其中所述腔体馈电结构通过转接头连接到矢量网络分析仪，所述负阻补偿电路通过负阻补偿电路连接端口与两个重入式谐振腔体连接，通过调节负阻补偿电路中三极管和变容二极管的偏置电压实现对两个谐振腔体同时且独立地能量补偿。
13.在测量时，选择其中一个腔体作为传感腔体，另外一个腔体作为参考腔体。
14.以上是本发明的总体结构，下面进一步对本发明的具体结构说明如下：
15.所述的无源谐振腔体由四块纵向堆叠的介质基板组成，其中上部的第一和第二介质基板组成了上重入式谐振腔体，下部的第三和第四介质基板组成了下重入式谐振腔体。在第二介质基板的底层金属以及第三介质基板的顶层金属上均刻蚀出矩形凹槽和渐变微带线形成腔体馈电结构以及负阻补偿电路连接端口。每块介质基板均由顶层金属、中间介质层和底层金属构成。
16.所述的四块介质基板的中间介质层在靠近两个重入式谐振腔体的边缘位置周期阵列分布了金属化通孔，所述的金属化通孔连接顶层金属和底层金属，其目的在于形成两个重入式谐振腔体的等效金属壁。
17.所述的上重入式谐振腔体的第一介质基板在等效金属壁形成的区域从底层金属向上刻蚀至部分中间介质层形成圆形凹槽，圆形凹槽中嵌入所述的第一微流体芯片。第二介质基板将顶层金属刻蚀至中间介质层为止使得在其顶层金属上形成环形槽，环形槽的外周和圆形凹槽外周的大小相同，在所述环形槽的中心区域在中间介质层中周期分布金属化通孔，使其连接第一介质基板的顶层金属和底层金属形成第一电容柱。
18.所述的下重入式谐振腔体的第四介质基板在等效金属壁形成的区域从顶层金属向下刻蚀至部分中间介质层形成圆形凹槽，圆形凹槽中嵌入所述的第二微流体芯片；第三介质基板将底层金属刻蚀至中间介质层为止使得在其底层金属上形成环形槽，环形槽的外周和圆形凹槽外周的大小相同，在所述环形槽的中心区域在中间介质层中周期分布金属化通孔，使其连接第三介质基板的底层金属和顶层金属形成第二电容柱。
19.所述第一电容柱和第二电容柱所在的位置均是各自腔体中电场最强区域，所述的第一和第二微流体芯片的微流道分别对应于该电场最强的区域；两个谐振腔体对应的电容柱半径不同，上重入式谐振腔体对应的电容柱半径较大，下重入式谐振腔体对应的电容柱半径较小；两个所述的重入式谐振腔体之间直接接触的底层金属和顶层金属，使得两个腔体在纵向上被隔开，这使得电磁场很好地束缚在各自的腔体中难以互相干扰。
20.所述上重入式谐振腔体的第一介质基板和所述下重入式谐振腔体的第四介质基板上均设置有沿谐振腔对角线对称设置的开放式通孔用于连通各自微流道中的进、出液孔，两个通孔的上方均有一个基座用于连接聚四氟乙烯软管，通过聚四氟乙烯软管实现葡
萄糖溶液的引入和导出。
21.所述的腔体馈电结构和负阻补偿电路连接端口均采用了“微带线 带状线”的过渡结构，其中腔体馈电结构通过sma转接头连接到矢量网络分析仪，负阻补偿电路连接端口则通过直接集成的方法连接负阻补偿电路。
22.所述腔体馈电结构经过渐变微带线之后需要在第二介质基板的底层金属和第三介质基板的顶层金属上刻蚀有上下位置对应、形状面积相同的矩形凹槽；所述的负阻补偿电路连接端口经过渐变微带线之后也需要在第二介质基板的底层金属和第三介质基板的顶层金属上刻蚀有上下位置对应、形状面积相同的矩形凹槽。
23.所述负阻电路包含电阻、电容、电感、三极管以及变容二极管；电感ln一端与三极管bfp420的基极b相连，另外一端直接接地；三极管bfp420集电极c分别和电容c
d1
的一端相连，同时与电感l
c1
的一端相连；电容c
d1
的另外一端则是作为负阻补偿电路的输出端提供负阻；电阻rc作为直流偏置电阻一端与电感l
c1
的另外一端相连，而电阻rc的另外一端就与电压源vc的正极相连；而电压源vc的负极就直接接地；三极管bfp420的发射极e分别与电感l
c2
和电容c
d2
的一端相连；电阻re与电感l
c2
的另外一端相连，而电阻re的另外一端则与电压源ve的负极相连；同时电压源ve的正极则直接接地；电阻r0的一端和电容c
d2
的另外一端相连，电阻r0的另外一端则与变容二极管smv1405的阴极和电感l
c3
相连；变容二极管smv1405的阳极则直接接地；电感l
c3
的另外一端与电压源v
bias
的正极相连；电压源v
bias
的负极直接接地。
24.所述两个无源谐振腔体的等效电路模型为两个对应的rlc并联网络，腔体馈电结构连接的矢网端口阻抗分别等效为z
in
和z
out
，而腔体馈电结构则被等效为一个理想的三端口变压器，对应的变压比为t1和t2，用于连接负阻补偿电路的端口结构也被等效为一个理想的三端口变压器，对应的变压比为t3和t4。所述的负阻补偿电路则是等效为一个负电阻加电容的形式，对应的阻抗形式可以写成-r 1/jωcr的形式。
25.无源谐振腔体和负阻补偿电路通过负阻补偿电路端口相连后，调节二极管smv1405的偏置电压v
bias
能够改变负阻补偿电路输出的虚部(即的1/jωcr大小)但是对输出的实部(即的-r大小)影响很小；调节三极管bfp420的偏置电压ve能够改变负阻补偿电路的输出实部和虚部但是主要影响实部。为了利用负阻补偿电路实现对无源谐振腔体的能量损失进行补偿从而提高两个谐振腔体在谐振频率出的品质因数，本发明通过改变v
bias
、ve，使得负阻补偿电路输出的实部(-r)和虚部(1/jωcr)要与无源谐振腔体从渐变微带线输出的实部(r
l
)和虚部(x
l
)之和为零。同时，本发明首先通过选取特定的二极管偏置电压v
bias
来确定对两个无源重入式谐振腔体进行能量补偿提高其品质因数，进而调节三极管的偏置电压ve来得到所选谐振腔体对应的最佳补偿效果从而得到最大的品质因数。为了更容易实现一个负阻补偿电路同时对两个谐振腔体进行能量补偿，本发明通过调节谐振腔体和电容柱的尺寸使得两个谐振腔体的谐振频率之间相差71.4mhz。
26.本发明在进行葡萄糖溶液测量时每次选择其中一个腔体在其微流体通道中加载不同浓度的葡萄糖溶液作为传感腔体，另外一个腔体中的微流体通道中就加载去离子水作为参考腔体。而在进行具体测试之时，首先将两个微流体通道中使用去离子水充满确定两个谐振腔体的初始谐振频率f0。而后通过调节变容二极管和三极管的偏置电压使得所选取传感腔体对应的品质因数极大地提高，保证能够实现葡萄糖溶液超低浓度的检测。然而此时参考腔体谐振频率处的品质因数基本不变或者提高的有限。通过注射泵以恒定的流速将
葡萄糖溶液逐渐地抽入到传感腔体的微流体通道中，然后用labview软件实时记录葡萄糖溶液替换去离子水时传感腔体谐振频率的变化过程。当葡萄糖溶液进入到传感腔体的微流体通道时，传感腔体的谐振频率会逐渐升高。随着去离子水逐渐被葡萄糖溶液所替代传感腔体的谐振频率变化会逐渐收敛为fs最终保持稳定。本发明中利用传感腔体最终收敛频率和传感腔体初始谐振频率之间的差值(δf＝f
s-f0)来表征不同浓度的葡萄糖溶液。这种长时间的实时连续测量使得测量的数据变得更加准确。每个浓度的葡萄糖溶液均采用所述的方法重复多次测量。而且，通过调节变容二极管和三极管的偏置电压选择性改变品质因数提高的谐振频点，加上这两个谐振腔体之间不会互相干扰从而实现分别利用两个腔体互为传感和参考腔体完成两个腔体的交替测量。
27.本发明的有益效果具体如下：
28.1.本发明将两个衬底集成波导重入式谐振腔体纵向的集成，将微流体芯片嵌入到谐振腔体电场强度最大的间隙区域，使得谐振腔体的腔电场区被充分的利用提高了谐振腔体的灵敏度，同时利用负阻补偿电路技术对无源谐振腔体进行能量补偿从而极大地提高了无源谐振腔体对应谐振频率处的品质因数(102009)。使得传感器在分辨率和灵敏度的整体性能上得到了极大的提升。本发明中所提出的传感器能够检测的葡萄糖溶液最低浓度下限为1mmol/l，同时该传感器也能够清晰地分辨1mmol/l和2.5mmol/l的葡萄糖溶液。
29.2.本发明巧妙地将微流体芯片上的微流道设计为环形，当待测液体进入流道时利用环形通道的结构直接一分为二，其可以迅速的充满整个流道从而提高传感器的响应速度。同时采用环形通道与其他结构相比由于通道结构的简单减少了葡萄糖溶液流过的途径使得每次测试结束之后能够保证将残留液体完全抽出保证测量结果的准确性。而且微流道的深度和宽度都经过优化能够保证其嵌入到谐振腔体中之后使得整个传感器具有最高的灵敏度却不影响谐振腔体整体上和负阻补偿电路的匹配。而且微流体的引入使得传感器在灵敏度，分辨率以及响应速度等性能上面有了极大地提升。
30.3.本发明提出的负阻补偿电路的核心部件是一个三极管bfp420和变容二极管smv1405。而负阻补偿电路的输出实部和虚部的调节由三极管和二极管的偏置电压所决定，通过特定的二极管和三极管偏置电压组合实现一个负阻补偿电路同时且独立地实现两个谐振腔体的能量补偿进而让其两个谐振腔体对应谐振频率处的品质因数极大地提升的功能。本发明中为了实现一个负阻补偿电路同时且独立地实现两个谐振腔体的能量补偿这一功能，除了引入三极管和二极管之外还需要对负阻补偿电路中的金属长度宽度及几何形状进行设计，负阻补偿电路中的元件(三极管，变容二极管等)需要通过金属导体连接，这些金属的结构参数(长度、宽度和几何形状)会对负阻补偿电路的性能造成较大的影响，因此需要进行特殊的设计并不能随意选择。通过其优化设计使得调节二极管的偏置电压时只会对负阻补偿电路的输出虚部有影响(1/jωcr)，而对负阻补偿电路的输出实部(-r)影响很小。而调节三极管的偏置电压时主要是对负阻补偿电路的实部(-r)产生影响，而对负阻输出虚部(1/jωcr)的影响很小。同时加上负阻补偿电路的输出实虚部也受到频率的影响。二者的相互结合实现一个负阻补偿电路能够选择性的与两个谐振腔体的输出阻抗(r
l
jx
l
)相互匹配以提高所需谐振腔体谐振频率处的品质因数。
31.4.本发明巧妙地在两个腔体之间公共堆叠的金属层刻蚀出上下位置相同，结构参数一致的矩形凹槽，当两个矩形凹槽纵向堆叠时就会形成“带状线”结构，与此同时在第三
介质基板的顶层金属上刻蚀出了矩形加梯形的渐变“微带线”结构。所述的“微带线”结构是与第三介质基板的顶层金属上形成“带状线”结构的金属直接集成，这样“带状线 微带线”的特殊负阻补偿电路连接端口就在两个腔体之间公共的金属层上形成了，并且这一特殊结构并不会影响两个谐振腔体之间的电磁隔离性，使得两个谐振腔体之间的谐振特性不会互相干扰，但是却能够保证第三介质基板上放置的单个负阻补偿电路能够同时且独立地将能量补偿给两个谐振腔体。所述“带状线 微带线”特殊结构的使用实现了一个负阻补偿电路同时且独立提高两个谐振腔体对应谐振频率处的品质因数的功能。同时利用两个谐振腔体互不干扰的特性可以让两个谐振腔体互为参考和传感腔体来交替测量葡萄糖溶液，使得测量的数据更加的准确。
附图说明
32.图1是本发明提出的传感器的截面示意图；
33.图2是本发明提出的传感器的等效电路模型示意图；
34.图3是本发明提出的微波负阻补偿电路等效电路模型示意图；
35.图4是本发明提出的传感器的三维立体示意图；
36.图5是本发明提出的传感器的分层示意图；
37.图6(a)是本发明提出的传感器第一介质基板1-1正面示意图；
38.图6(b)是本发明提出的传感器第一介质基板1-1背面示意图；
39.图7(a)是本发明提出的传感器第二介质基板1-2正面示意图；
40.图7(b)是本发明提出的传感器第二介质基板1-2背面示意图；
41.图8(a)是本发明提出的传感器第三介质基板2-1正面示意图；
42.图8(b)是本发明提出的传感器第三介质基板2-1背面示意图；
43.图8(c)是本发明提出的传感器第三介质基板2-1顶层金属上的馈电结构3-2-2的放大示意图；
44.图8(d)是本发明提出的传感器第三介质基板2-1顶层金属上的馈电结构3-2-3、3-2-4的放大正面示意图；
45.图8(e)是本发明提出的腔体馈电结构3-1和负阻补偿电路连接端口3-2的放大三维立体示意图；
46.图9(a)是本发明提出的传感器第四介质基板2-2正面示意图；
47.图9(b)是本发明提出的传感器第四介质基板2-2背面示意图；
48.图10是本发明提出的微流体芯片三维立体示意图；
49.图11是本发明提出的微流体芯片正面示意图；
50.图12是本发明提出的传感器在不同三极管和二极管偏置电压下的传输响应曲线图；
51.图13是本发明提出的传感器在不同模式下传输曲线与待测样品介电常数的关系示意图；
52.图14是本发明提出传感器负阻补偿电路进行能量补偿时传输响应曲线与不同浓度葡萄糖溶液之间的关系示意图。
具体实施方式
53.为了更好阐述设计过程和目的，下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明：
54.如图1至图11所示，本实施例提出的是用于测量葡萄糖溶液的基于微波负阻补偿的高分辨率双重入式谐振腔体传感器，由两个重入式谐振腔体、两块微流体芯片和一个负阻补偿电路组成。
55.两个重入式谐振腔体由第一到第四介质基板1-1、1-2、2-1、2-2纵向堆叠而成，其中第一和第二介质基板1-1、2-2中均嵌入了两块微流体芯片1-1-2、2-2-1。上述的四块介质基板均具有顶层金属层、中间介质层和底层金属层三层结构。
56.上述的微流体芯片为了嵌入到第一和第二介质基板1-1和2-2中分别对其进行刻蚀。所述第一介质基板1-1的中心区域自底层金属往上刻蚀了一块圆形的凹槽，凹槽面积和第一微流体芯片1-1-2的面积相同，凹槽的深度和微流体芯片的厚度一样。第一微流孔芯片1-1-2正面朝上嵌入到所述的圆形凹槽中，且芯片的正面用绝缘胶粘接在第一介质基板1-1的凹槽中，其目的在于使微流道密封，进而防止待测液体泄漏。同样，第四介质基板2-2的中心区域自顶层金属往下刻蚀了一块圆形凹槽，凹槽的面积和第二微流体芯片2-2-1的面积相同，凹槽深度和微流体的厚度一样。第二微流体芯片2-2-1的正面朝下嵌入放置在所述的圆形凹槽中，且芯片的正面用绝缘胶粘接在第四介质基板2-2的凹槽中，其目的在于使微流道密封，进而防止待测液体的泄露。
57.在本实施实例中，作为优选的，第一和第四介质基板1-1、2-2对应的凹槽深度均为1mm，对应凹槽的半径为18mm。而且所述的两块微流体芯片1-1-2、2-2-1的各参数均相同。
58.上述的四块介质基板在实际的结构中是利用半径为0.8mm的螺丝钉固定的，螺丝钉位于谐振腔体的外部，是不影响谐振腔体的谐振特性的。
59.在本实施实例中，四块介质基板的中间介质层材料均采用f4bm265,该材料的相对介电常数为2.65，相对磁导率为1，损耗角正切值为0.0015。
60.所述四块介质基板中其中三块介质基板的长度和宽度均相同，作为优选长度宽度均为52mm,但是用于放置负阻补偿电路的第三介质基板2-1的长度和宽度则分别为114mm和76mm,每块介质基板的厚度均为1.5mm。
61.上述的四块介质基板的中间介质层在靠近谐振腔体的边缘位置有周期阵列分布的金属化通孔1-1-1，金属化通孔1-1-1连接其每块介质基板的顶层和底层金属，这样做的目的在于形成谐振腔体的等效金属壁。在本实施实例中，作为优选，金属化通孔的半径为0.4mm，两个相邻金属化通孔圆心之间的距离为1.4mm。
62.所述第二和第三介质基板1-2、2-1在谐振腔体的中心区域的中间介质层内部有周期阵列分布的金属化通孔1-2-2、2-1-2，金属化通孔连接对应介质基板中的顶层金属和底层金属，其目的在于形成对应谐振腔体的第一和第二电容柱1-2-1、2-1-1。在本实施实例中，作为优选，金属化通孔1-2-2、2-1-2的半径为0.5mm，两个相邻通孔圆心间的距离为1.7mm，对应的形成的电容柱1-2-1、2-1-1的半径分别为7.5mm和6mm。
63.本发明在两个重入式谐振腔体的两端关于纵轴对称设置所述腔体馈电结构3-1，所述腔体馈电结构3-1由第一馈电结构3-2-1以及第二馈电结构3-1-1形成的带状线和第三馈电结构3-2-2连接构成。其中在第二介质基板1-2的底层金属在与所述第三介质基板2-1的顶层金属上具有上下位置相同、结构参数一致的矩形凹槽，用于形成所述第一馈电结构
3-2-1和第二馈电结构3-1-1，构成所述带状线。将重入式谐振腔体2的第三介质基板2-1的两端设计成宽于其他介质基板，在宽出的位置设置所述第三馈电结构3-2-2，与利用第一和第二馈电结构3-2-1、3-1-1形成的带状线连接构成所述腔体馈电结构3-1；所述腔体馈电结构3-1为两个纵向的重入式腔体提供激励，使得两腔体可以同时谐振。
64.本发明在两个重入式谐振腔体未设置腔体馈电结构3-1的另两端中的其中一端设置所述负阻补偿电路连接端口3-2，并在这一端将所述第三介质基板2-1向腔体外延伸出一部分，使其超出其它介质基板，在这延伸部分将其部分金属层蚀刻，设置所述负阻补偿电路3-3。
65.所述负阻补偿电路连接端口3-2是由第四、第五馈电结构3-1-2和3-2-3形成的带状线结构连接一段渐变微带线3-2-4构成，所述带状线结构是通过在第三介质基板(2-1)的顶层金属和第二介质基板1-2的底层金属上蚀刻上下位置对应结构参数相同的矩形凹槽而形成，所述渐变微带线3-2-4形成在第三介质基板2-1的延伸部分的顶层金属上，所述渐变微带线3-2-4与负阻补偿电路3-3直接相连。
66.具体参见图7(b)，在第二介质基板1-2的底层金属上刻蚀出对应的矩形凹槽，形成第二馈电结构3-1-1用于谐振腔体的馈电。在本实施实例中，作为优选，矩形凹槽所对应的长度和宽度分别为8mm和0.3mm。
67.具体参见图8(a),在第三介质基板2-1的顶层金属上刻蚀对应的矩形凹槽，形成第一馈电结构3-2-1用于谐振腔体的馈电。在本实施实例中，作为优选，矩形凹槽对应的长度和宽度分别为8mm和0.3mm。
68.所述第二介质基板1-2底层金属上的第二馈电结构3-1-1和第三介质基板2-1顶层金属上的第一馈电结构3-2-1的上下位置是一样的结构参数也是一样的两者共同组成了所述谐振腔体馈电的“带状线”结构。
69.参见图8(c)，所述的第三馈电结构3-2-2由三部分(即图中的
①
、
②
、
③
)组成，第一部分是渐变微带线
①
，第二、三部分是在其两边上下对称的用于满足馈电而设置的免焊接终端连接器接地设置
②
、
③
。所述第三馈电结构3-2-2的第一部分渐变微带线由两个梯形和一个矩形组成，首先该微带线在馈电端口的宽度为0.8mm,然后改宽度从馈电端口往谐振腔体中心位置逐渐变大，经过6mm的长度后，渐变至4.4mm宽，在此时暂停渐变，经过1mm后，再次由4.4mm宽经过5mm长度的渐变至2.4mm宽。而所述对应的介质基板2-1免焊接终端连接器接地设置的边缘设有阵列分布的金属化通孔，金属化的通孔半径为0.5mm,两个金属化通孔圆心之间相差1.7mm；同时为了满足免焊接终端连接器的使用，还蚀刻了两个上下对称的螺丝孔，半径为0.99mm，两个孔之间的圆心距离为9.53mm。上述免焊接终端连接器的具体形状参数详见图8(c)。所述第三馈电结构3-2-2以及利用第二馈电结构3-1-1和第一馈电结构3-2-1一起形成的“带状线”三者共同构成谐振腔体“微带线 带状线”的腔体馈电结构3-1。
70.具体参见图7(b)、图8(a)，在第二和第三介质基板1-2、2-1的底层金属和顶层金属上刻蚀出上下位置对应，形状参数相同的矩形凹槽，其目的在于形成用于连接负阻补偿电路的“带状线”结构，即第二馈电结构3-1-1和第一馈电结构3-2-1一起形成的“带状线”，在本实施实例中，作为优选，矩形凹槽的长度为14mm，宽度为0.3mm。
71.参见图8(d)，所述第三介质基板2-1上的第五馈电结构3-2-3对应的端口直接与一端渐变微带线3-2-4直接相连用于连接负阻补偿电路3-3。所述渐变微带线3-2-4由两个矩
形和一个梯形构成，从第五馈电结构3-2-3端口出来直接和一个宽为3.4mm，长为3mm的矩形相连，该矩形紧接着和一个下底为3.4mm，上底为0.8mm，高为4mm的梯形相连，该梯形经过一个宽0.8mm，长2mm的矩形微带线后直接和负阻补偿电路3-3相连。
72.在所述第二和第三介质基板1-2、2-1靠近馈电结构3-1-1、3-2-2、3-1-2、3-2-3两侧刻蚀有数个金属化通孔，在本实施实例中，作为优选，金属化通孔的半径为0.45mm,两个金属化通孔圆心之间的距离为1.8mm。
73.所述的负阻补偿电路通过其连接端口3-2和两个重入式谐振腔体1、2相连，负阻补偿电路包含电阻、电容、电感、三极管以及变容二极管；电感ln一端与三极管bfp420的基极b相连，另外一端直接接地；三极管bfp420集电极c分别和电容c
d1
的一端相连，同时与电感l
c1
的一端相连；电容c
d1
的另外一端则是作为负阻补偿电路的输出端提供负阻；电阻rc作为直流偏置电阻一端与电感l
c1
的另外一端相连，而电阻rc的另外一端就与电压源vc的正极相连；而电压源vc的负极就直接接地；三极管bfp420的发射极e分别与电感l
c2
和电容c
d2
的一端相连；电阻re与电感l
c2
的另外一端相连，而电阻re的另外一端则与电压源ve的负极相连；同时电压源ve的正极则直接接地；电阻r0的一端和电容c
d2
的另外一端相连，电阻r0的另外一端则与变容二极管smv1405的阴极和电感l
c3
相连；变容二极管smv1405的阳极则直接接地；电感l
c3
的另外一端与电压源v
bias
的正极相连；电压源v
bias
的负极直接接地。
74.所述两个重入式谐振腔体的等效电路模型为两个对应的rlc并联网络，腔体馈电结构3-1连接的矢网端口阻抗分别等效为z
in
和z
out
，而馈电结构3-1则被等效为一个理想的三端口变压器，对应的变压比为t1和t2，用于连接
75.负阻补偿电路端口3-2也被等效为一个理想的三端口变压器，对应的变压比为t3和t4。所述的负阻等效电路3-3则是等效为一个负电阻加电容的形式，对应的阻抗形式可以写成-r 1/jωcr的形式。
76.无源谐振腔体和负阻补偿电路通过3-2相连后，调节二极管smv1405的偏置电压v
bias
能够改变负阻补偿电路输出的虚部(即的1/jωcr大小)但是对输出的实部(即的-r大小)影响很小；调节三极管bfp420的偏置电压ve能够改变负阻补偿电路的输出实部和虚部但是主要影响实部。为了利用负阻补偿电路实现对无源谐振腔体的能量损失进行补偿从而提高两个谐振腔体在谐振频率出的品质因数，本发明通过改变v
bias
、ve，使得负阻补偿电路输出的实部(-r)和虚部(1/jωcr)要与无源谐振腔体从3-2-4输出的实部(r
l
)和虚部(x
l
)之和为零。同时，本发明首先通过选取特定的二极管偏置电压v
bias
来确定对无源谐振腔体1还是2进行能量补偿提高品质因数，进而调节三极管的偏置电压ve来得到所选谐振腔体对应的最佳补偿效果从而得到最大的品质因数。为了更容易实现一个负阻补偿电路同时对两个谐振腔体进行能量补偿，本发明通过调节谐振腔体和电容柱的尺寸使得两个谐振腔体的谐振频率之间相差71.4mhz。
77.为了导入和导出被测的液体，第一和第二介质基板1-1和2-2的中间介质层都有两个关于谐振腔体对角线对称的开放式通孔，其中第一和第二开放式通孔1-1-5、2-2-4用于液体导入，第三盒第四开放式通孔1-1-4、2-2-3用于液体导出，在本实施实例中，作为优选，上述四个开放式通孔的半径为1mm。同时，通孔的上方安装第一和第二管座4和5，两个管座上均连接一条柔性的聚四氟乙烯导管，用于待测液体的抽取和注入，第一管座4的圆心与第一和第三开放式通孔1-1-4、1-1-5的圆心位于同一条竖直直线上，同样地，第二管座5的圆
心与第二和第四开放式通孔2-2-3、2-2-4的圆心位于同一条竖直直线上。
78.参见图10和图11，所述第一微流体芯片1-1-2的正面刻蚀了一条单向流通的第一环形微流道1-1-3，并且微流道时关于中心对称的，对称中心为第一微流体芯片1-1-2的中心，微流道的起点和终点均用圆形导出，且圆心与开放式通孔的圆心在同一竖直直线上，且对应的圆形半径为0.8mm。第一和第二微流体芯片1-1-2和2-2-1的结构是完全相同的。在本实施实例中，微流体芯片的材料为聚四氟乙烯，且介电常数为2.035，损耗角正切为0.0015，其结构参数详见图11。
79.图12为本发明所提出的传感器在不同的三极管和二极管偏置电压下的传输响应曲线。通过调节不同的三极管和二极管的偏置电压组合，能够选择性的提高两个谐振腔体对应谐振频率s
21
的品质因数，实现一个负阻补偿电路同时且独立提高两个谐振腔体品质因数的功能。
80.图13为本发明所提出传感器在不同谐振腔体作为传感区时待测样品介电常数εr改变时的s
21
响应曲线，其中无源谐振器对应的品质因数很低，难以确定其对应的谐振频点，其对应的分辨率液难以实现葡萄糖溶液的超低浓度检测；而连接负阻补偿电路时不会影响传感器的灵敏度，同时负阻电路对谐振腔体进行能量补偿能够极大限度的提高谐振腔体的品质因数和分辨率，从而能极大地降低传感器对葡萄糖溶液浓度的检测下限。
81.图14为所提出传感器两个谐振腔体中加载不同浓度葡萄糖溶液时对应的s
21
响应曲线。每种浓度葡萄糖溶液下的s
21
响应曲线，都是腔体中去离子水完全被葡萄糖溶液替代后谐振频率收敛稳定时所记录这保证了测试结果的可靠性。同时，可以很明显的看出两个谐振腔体的葡萄糖溶液浓度检测下限均为1mmo/l,并且该传感器对应的两个谐振腔体能够很好的区分出1mmol/l和2.5mmol/l的葡萄糖溶液，这一测试结果展现出了所提出传感器的优越性能。由于制造、介质基板材料介电常数等误差会造成实际传感器谐振频率与仿真结果相比有所偏差，但是实际传感器是具备本发明所述的所有功能。
82.本发明采用负阻补偿电路和重入式腔体相结合的技术用于超低浓度的葡萄糖溶液检测，在保证传感器较大灵敏度的同时也保证了较高的分辨率。本发明通过将两个重入式谐振腔体纵向堆叠在一起在测试时将两个腔体互相作为参考和传感腔体对葡萄糖溶液进行多次测量保证其测试结果的准确性。同时，利用两个腔体之间公共交叠的金属层能够影响到两个腔体的特性，将一个负阻补偿电路通过特定的“微带线 带状线”的结构耦合到两个谐振腔体之上实现对两个谐振腔体同时且独立的能量补偿。在进行葡萄糖溶液的测量时，仅仅只需要调节三极管和二极管的偏置电压即可。同时三极管和二极管的偏置电压设置的可调节动态范围足够的大从而使得在实际操作中能更容易实现两个谐振腔体的同时补偿。
83.综上可见，本发明利用两个谐振腔体之间公共金属层这一特殊的结构实现两个谐振腔体相互隔离的同时只需要加载一个负阻补偿电路就实现对两个谐振腔体的能量补偿。通过在其公共金属层上刻蚀出“微带线 带状线”的特殊结构用于连接一个由三极管和二极管设计的负阻补偿电路，以此来实现对两个谐振腔体同时且独立地能量补偿，进而提高二者对应谐振频率处的品质因数。同时，在谐振腔体电场强度最强的间隙区域嵌入两块微流体芯片使其所提出的传感器在具有极高分辨的同时也具有较高的灵敏度，提升传感器的整体性能。
84.本发明并不局限于上述实施方式，如果对发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。