摘 要：本文基于頻率綜合技術(shù)提出了一種新型微波介質(zhì)檢測方法，主要是指通過微波介質(zhì)檢測傳感器的使用，對微波介質(zhì)進(jìn)行檢測。文章首先對微波介質(zhì)檢測器的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，然后闡述微波介質(zhì)檢測流程，最后對硬件實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行研究，希望為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：頻率綜合技術(shù);新型微波介質(zhì);傳感器

介電常數(shù)是物質(zhì)的重要屬性，對其進(jìn)行研究，具有非常高的價值。近些年，介質(zhì)檢測技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于多個領(lǐng)域，在食品、生物和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中取得了良好的應(yīng)用效果。其中，微波介質(zhì)檢測技術(shù)由于具有無損性和非接觸的特點(diǎn)，受到了人們的青睞。因此，對基于頻率綜合技術(shù)的新型微波介質(zhì)檢測方法進(jìn)行分析，其意義十分重大。

一、基于緊湊型微帶諧振單元的反射式振蕩器設(shè)計(jì)研究

本文基于緊湊型微帶諧振單元技術(shù)，設(shè)計(jì)一種反射式振蕩器，并將其應(yīng)用于頻率綜合裝置之中，可以降低介質(zhì)檢測系統(tǒng)的檢測成本和復(fù)雜程度。究其原因，主要是緊湊型微帶諧振單元技術(shù)，頻率敏感度較高，將其作為敏感元件，可以取得良好的效果。緊湊型微帶諧振單元自被研究者提出以來，通過對其帶阻進(jìn)行使用，可以對不具利用價值的頻率分量進(jìn)行抑制。與此同時，緊湊型微帶諧振單元還具有兩個方面的特性，分別為慢波性和可植入性。這兩個特性，決定了諧振單元在振蕩器中應(yīng)用，能夠使裝置電路的集成度得到提升，可以有效縮減系統(tǒng)的大小尺寸。因此，緊湊型微帶諧振單元已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于有源和無源電路中[1]。

本文所使用的反射式振蕩器原理如圖1所示。其結(jié)構(gòu)由以下部分組成：（1）晶體管;（2）諧振器;（3）偏置;（4）匹配電路。其中，電路的核心部分為晶體管。出于負(fù)阻抗產(chǎn)生的考慮，本文中使用了在phemt三級管源級串聯(lián)反饋電容方法。提供高反射系統(tǒng)是諧振器的主要功能，這樣一來，就可以使負(fù)阻式振蕩器幅度和相位要求得到滿足。偏置電路不僅可以傳輸能量，還能對電源噪聲進(jìn)行抑制，匹配電路的作用為使輸出功率得到提升。將反饋式振蕩器設(shè)計(jì)原理作為依據(jù)，想要確保振蕩輸出信號的穩(wěn)定性，應(yīng)該滿足下述條件。

二、基于小數(shù)分頻鎖相環(huán)的頻率綜合器及介質(zhì)檢測流程

緊湊型微帶諧振單元作為敏感元件的使用過程，如圖2所示。在諧振單元上方放置需要檢測的介質(zhì)時，諧振單元在介質(zhì)的影響下，諧振器和振蕩器的頻率均會出現(xiàn)不同程度的變化。想要在確保檢測準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，降低測量成本。故筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種基于小數(shù)分頻鎖相環(huán)的頻率綜合器。檢測系統(tǒng)框架如圖3所示。工作原理如下所述：二極管將兩個方向裝置與緊湊型微帶諧振單元的中間位置連接到一起，構(gòu)成了一種電壓控制振蕩器。在這個電壓控制振蕩器的振蕩頻率和偏移量，會被MUT介質(zhì)常數(shù)直接影響。這個振蕩器屬于一種穩(wěn)定頻率的系統(tǒng)，具體表現(xiàn)在振蕩器中設(shè)置了鎖相環(huán)，通過對頻率進(jìn)行鎖定，可以獲得振蕩器的最終輸出頻率為FSYS=N·FREF[2]。

如果不放置需要檢測的物質(zhì)，那么振蕩器變?nèi)莨艿膬啥说目刂齐妷壕蜁優(yōu)?。如果將不同的介電常數(shù)物質(zhì)在振蕩器上方放置，那么會導(dǎo)致振蕩器的自由振蕩頻率發(fā)生變化。此時，鎖相環(huán)會對變?nèi)莨艿目刂齐妷哼M(jìn)行自動調(diào)整，并且還會讓系統(tǒng)頻率恢復(fù)到初始值。變?nèi)莨軆啥说碾妷阂矔S之發(fā)生改變，變?yōu)閂0+△V。由于電壓和MUT相對介電常數(shù)間具有對應(yīng)的關(guān)系，那么我們僅需對變化后的電壓值進(jìn)行測量，即可準(zhǔn)確獲得介電常數(shù)的值。再加上電壓值可以使用萬能表獲取，因此，這種檢測方法與傳統(tǒng)檢測方式相比較為簡單，能夠減少矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置的使用，從而降低了檢測系統(tǒng)的復(fù)雜程度，檢測成本也會隨之下降。

三、硬件實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證

本文采用的晶體管為AVAGO公司生產(chǎn)的ATF-343143芯片，該芯片性能顯著，且漏極電壓和柵極電壓較為穩(wěn)定，具有良好的應(yīng)用效果。此外，為了保證系統(tǒng)頻率的可設(shè)置性，故采用了PLL芯片，這種芯片具有非常高的頻率分辨率。與此同時，選擇了一個有源晶振為鑒頻鑒相器提供頻率，以保證頻率的穩(wěn)定性，這個有源晶振的穩(wěn)定度非常強(qiáng)。系統(tǒng)由兩個部分組成，分別為VOO板和PLL板。并利用10-DB衰減器，將二者進(jìn)行連接，其目的在于，使PLL芯片的射頻輸入功率要求得到滿足。并在系統(tǒng)中配置了一個STM單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的整體控制。

介電質(zhì)介電常數(shù)和最終VCO控制電壓之間具有正相關(guān)的關(guān)系，簡言之，介電質(zhì)介電常數(shù)越高，則VCO控制電壓越大，反之則亦然。這樣一來，我們只需對VCO電壓進(jìn)行測量，就可以實(shí)現(xiàn)對材料相對介質(zhì)常數(shù)的獲取，系統(tǒng)復(fù)雜程度也會因此而降低。

四、結(jié)論

綜上所述，本文基于頻率綜合技術(shù)設(shè)計(jì)了一種振蕩傳感器，利用振蕩傳感器對微波介質(zhì)進(jìn)行檢測，可以取得良好的效果。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為尺寸較小、靈敏度較高、且檢測流程簡單、檢測成本和系統(tǒng)復(fù)雜度低等。因此，相關(guān)行業(yè)應(yīng)該重視微波介質(zhì)傳感器的設(shè)計(jì)和研究，從而促進(jìn)我國相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張偉玉，董晉峰，張國雄，等.用與門實(shí)現(xiàn)差頻測量[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2015，23（04）：20-23.

[2]楊雷，李廣明，康麗，等.基于多周期測量方法的氣壓傳感器信號采集[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2015，21（06）：56-59.

作者簡介：侯寶森（1981-），男，漢族，河南新鄭人，本科，工程師，研究方向：電子信息工程。