熊 荣，陈昌明，李 娜，李万里

(成都信息工程大学通信工程学院，四川成都 610225)

0 引言

微波RF传感器具有实时性强、体积小、质量轻、非接触等优点，在环境监测、工业应用、智能监控以及生物医学等研究领域[1-3]得到了广泛的应用。有学者对基于基片集成波导(substrate integrated waveguide，SIW)、互补开口谐振环(complementary split ring resonator，CSRR)以及叉指电容(inter-digital capacitor，IDC)等结构的湿度传感器进行了研究。其中SIW传感器具有高Q值、低插损、易于同其他平面电路进行集成，较多用于微波传感器领域，但是其较大的尺寸，不能满足小型化传感器的要求[4]。CSRR结构有利于实现传感器物理尺寸的小型化，但其灵敏度偏低[5]，而IDC结构有利于增强传感器的灵敏度，但尺寸偏大且制作工艺复杂[6]。且传统湿度传感器多为刚性传感器，应用场景有限。

为此，本文提出一种工作频率为3.905 GHz的CSRR-IDC混合结构的小型化传感器。在使用CSRR结构实现器件物理尺寸的小型化的基础上，再与IDC结构进行结合增强其灵敏度，再通过加载纤维素敏感膜，进一步提高灵敏度指标。基于Polyimide的柔性材料使本传感器可应用于可穿戴设备等领域。

1 设计理论与模型结构

本文所述传感器采用介质基板0.125 mm，相对介电常数εr=3.5的PI(Polyimide)基板材料，主要由底部GND金属层、中部Polyimide基板和顶部金属IDC-CSRR结构组成，优化后的模型结构如图1所示。

图1 传感器结构模型

用仿真软件HFSS对该传感器尺寸进行仿真优化。模型的尺寸参数如表1所示。

表1 传感器尺寸参数 mm

图2给出了在3.905GHz处的电场分布及其矢量曲线分布图，由图2可见该电场主要集……