基于低温共烧陶瓷的恶劣环境下天线-谐振器集成无线无源温度传感器

本文介绍了基于低温共烧陶瓷（LTCC）技术的恶劣环境下天线-谐振器集成无线无源温度传感器的研发。该传感器特别设计用于极端条件下的温度监测，如高温环境，具有重要的工业应用价值。 LTCC是一种广泛应用于电子封装和集成电路的先进陶瓷材料。它的主要特点包括低介电常数、高热导率、良好的机械性能以及能够与其他电子组件共烧，从而实现了微型化和集成化的电子系统。LTCC技术的关键在于，材料的介电常数随温度变化而单调变化，这为温度传感提供了一种天然的物理基础。 文章提出了一种谐振器-天线集成的微带天线温度传感器。传感器的维度设计过程首先得到了详细分析，并利用标准LTCC技术，使用15层绿带进行了制造。为了读取传感器的数据，设计并优化了一种具有较大带宽的共面波导（CPW）馈电微带天线，并通过丝网印刷工艺在铝陶瓷上制备。 研究者还开发了一套高温测量系统用于传感器测试。在测试中发现，原始的探测信号难以区分，因此引入了一种时间域（T-D）门控方法来滤除背景信号。实验结果表明，在30毫米的读取距离下，传感器的峰频随温度升高而线性下降，测量灵敏度达到了0.24 MHz/°C，直至400°C。 该研究还指出，天线极性对读取信号有显著影响。对于引入的T-D门控方法，研究分析了其在提高信号质量方面的作用。 通过上述研究内容，我们可以总结以下知识点： 1. 低温共烧陶瓷（LTCC）技术：LTCC是一种以氧化铝为基材，可以与其他电子组件一起烧结的多层陶瓷材料，广泛用于电子封装和微型化电路板中。 2. 微带天线温度传感器：利用微带天线作为传感器，可以通过无线方式读取温度信息，适用于难以布线或需要远程监测的环境。 3. 环境适应性：由于恶劣环境温度变化对电子元件性能影响巨大，因而设计适用于极端温度范围工作的温度传感器是具有挑战性的任务。 4. 高频结构模拟软件：使用高频结构模拟软件对天线进行设计和优化，能够确保天线性能符合要求，尤其是在设计高频或宽带天线时。 5. 时间域（T-D）门控方法：一种信号处理技术，用于滤除在恶劣环境下可能产生的背景噪声，提高传感器数据的可读性和准确性。 6. 高温测量系统：一套专门用于测试高温环境下的电子元件和传感器的系统，必须能够承受极端温度同时稳定运行。 7. 传感器灵敏度：灵敏度是指传感器对温度变化的响应程度，对于温度传感器而言，灵敏度越高，则测量结果越精确。 这些知识点涉及到的领域包括电子材料学、微电子学、信号处理和通信工程，是开发和应用在恶劣环境下工作的无线无源传感器的关键技术。通过这篇文章，我们可以了解到这些技术是如何结合应用到温度传感器的开发中去，进而实现对恶劣环境下温度的精确测量。