(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211359994.7 (22)申请日 2022.11.02 (71)申请人 电子科技大 学 地址 611731 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 彭斌　孙兆锋　张万里　 (51)Int.Cl. G01K 11/00(2006.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种具有线性频率-温度特性的超 材料温度 传感器及其设计方法 (57)摘要 一种具有线性频率—温度特性的超材料温 度传感器及其设计方法， 属于超 材料传感器技术 领域。 本发 明通过在介质基板上设计由基片集成 波导结构(SIW)和圆环形槽 单元组成的双谐振超 材料结构作为温度传感器使用。 再设计SIW结构 和圆环形槽的结构参数使得二者谐振频率满足 b1fSIW0＝b2fslot0， 进而设计得到一种具有线性频 率—温度特性的超材料温度传感器。 相比传统的 超材料温度传感器， 本发明提出的传感器具有线 性的温度输出特性， 从而有效地降低了信号处理 的复杂度和难度。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115541049 A 2022.12.30 CN 115541049 A 1.一种具有线性频率 ‑温度特性的超材料温度传感器， 所述超材料温度传感器包含介 质基板及沉积在介质基板上的SIW结构和圆环形槽单元， 其特征在于， 所述SIW结构和圆环 形槽的谐振频率之比满足以下关系： 式中： fSIW0和fslot0分别是SIW结构和圆环形槽在参考温度时的谐振频率， b1和b2分别为 SIW结构和圆环形槽的二阶频率温度系数。 2.一种具有线性频率 ‑温度特性的超材料温度传感器的设计方法， 其特征在于， 在介质 基板上制备SI W结构和圆环形槽， 所述SI W结构和圆环形槽的谐振频率之比满足以下关系： 式中： fSIW0和fslot0分别是SIW结构和圆环形槽在参考温度时的谐振频率， b1和b2分别为 SIW结构和圆环形槽的二阶频率温度系数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115541049 A 2一种具有线性频率 ‑温度特性的超材料温度传感器及其设计 方法 技术领域 [0001]本发明属于超材料传感器的设计领域， 具体涉及一种具有线性频率 ‑温度特性的 超材料温度传感器及其设计方法。 背景技术 [0002]超材料是一类具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质 的复合材料， 通常由尺寸远小于波长的二维单元周期性地排布在介质基板上而成。 超材料 温度传感器是通过谐振频率的改变来感知温度的器件。 超材料温度传感器具有小型化、 灵 敏度高和可靠性高等优点， 可以采用无线的方式实现通信， 并且自身 无需外接供电， 具有 无 线无源传感的特性， 在不宜直接 接触的恶劣环境中具有很大的应用潜力。 [0003]超材料结构具有良好的频率选择性， 其谐振特性与单元的结构参数和基板的介电 特性密切相关， 这些结构参数和介质特性对外界环境的物理或者化学参数的改变非常敏 感。 具体地说， 环 境温度的改变会使得单元的几何参数和基板的介电常数发生改变， 从而导 致超材料结构的谐振频率 发生改变。 因此， 当建立环境温度和谐振频率之 间的对应 关系后， 超材料结构就可以作为温度传感器使用。 [0004]目前， 各种对温度敏感的介质材料已经用于超材料温度传感器 的设计和应用。 然 而， 现阶段的研究表明， 大多数超材料温度传感器的谐振频率对温度的响应呈抛物线的关 系。 这种非线性频率 ‑温度特性的缺点无疑增加了信号处理的难度和复杂性， 给温度的测试 带来了诸多不便。 为了解决这个问题， 需要提出一种具有线性频率 ‑温度特性的超材料传感 器。 然而， 目前仍然缺乏相应的研究。 发明内容 [0005]针对现有的超材料温度传感器的谐振频率随温度呈非线性变化的问题， 本发明提 出了一种基于双谐振结构的超材料温度传感器及其设计方法。 本发明提出的超材料温度传 感器在测试时只需要两个标定参数， 并且实现了频率 随温度变化的线性输出， 从而有效降 低了测试中信号处 理的复杂程度。 [0006]本发明采用如下技 术方案： [0007]一种具有线性频率 ‑温度特性的超材料传感器， 所述超材料温度传感器由多个在 介质基板上周 期排列的金属单元组成， 每个单元由圆环形槽和基片集成波导(Substrate   Integrated  Waveguide， SIW)构成。 其中， 圆环形槽对称分布在介质基板两侧的金属表面 上； SIW结构由一系列嵌入在介质基板内的金属化过孔构成。 所述超 材料温度传感器具有两 种不同的谐振模式， 即由圆环形槽产生的谐振和由SIW结构产生的谐振。 通过设计SIW结构 和圆环形槽的谐振频率比值满足某种特定的关系， 就可以得到温度与两个谐振频率之差之 间的简单线性关系， 从而实现了传感器对温度的线性输出。 [0008]本发明的原理具体如下： 所述超材料传感器的相对谐振频率偏移随温度的变化可说　明　书 1/3 页 3 CN 115541049 A 3