一种基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器

摘要

一种基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，将两个重入式谐振腔纵向地结合在一起，两腔体分别做传感谐振腔和参考谐振腔，在传感谐振腔的凹槽区域沉积可吸附湿润空气中水分子的敏感材料，水分子扩散到敏感材料中会导致其内在特征发生变化，从而在传感谐振腔内激发强诱导电场与吸湿材料间的相互作用。在参考谐振腔内激发强诱导电场与湿润空气介质间的相互作用，利用两个腔体对应的金属栅网，中间空气填充型介质基板和电容柱金属化通孔，从而获得一种结构紧凑，湿润空气进出自由，上下流通性强，湿润空气的水分子能够富集在腔体内与吸湿材料充分反应，元器件又相互独立的高灵敏度和高分辨率的湿度传感器。

权利要求

1.一种基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，其特征在于：包含两个上下叠加的谐振腔体和两段馈电线（3）；所述谐振腔体均由上层、中间和下层三块介质基板构成，各介质基板均包含顶层金属层、中间介质层及底层金属层；

上谐振腔体(1)的谐振腔是由一圈第一金属化通孔（1‑1‑4）围成，所述第一金属化通孔（1‑1‑4）刻蚀在三块介质基板的中间介质层的相同位置，连接顶层与底层金属层，等效谐振腔的金属壁；

在所述上谐振腔体(1)的谐振腔区域内，上层介质基板（1‑1）的中间介质层设有阵列分布的第二金属通孔(1‑1‑1)，底层金属层在对应第二金属通孔(1‑1‑1)阵列区域留出一块矩形金属（1‑1‑2），其余均刻蚀掉，所述矩形金属（1‑1‑2）和第二金属通孔（1‑1‑1）共同形成谐振腔的电容柱结构(1‑1‑3)，电容柱结构所在位置为腔体中电场最强的区域；中间介质基板(1‑2)在谐振腔区域内自顶层金属层到底层金属层完全挖穿，形成空气填充区域；下层介质基板（1‑3）在谐振腔区域内自顶层金属往下刻蚀至部分中间介质层形成凹槽（1‑3‑1），凹槽（1‑3‑1）沉积一层吸湿的敏感材料，凹槽表面尺寸与矩形金属（1‑1‑2）表面尺寸相同，形成传感功能区域；在下层介质基板（1‑3）的中间介质层围绕凹槽刻蚀金属化通孔阵列，形成金属格栅（1‑3‑2）；

下谐振腔体(2)与所述上谐振腔体(1)对称，结构相同，两谐振腔体中电容柱的尺寸不同，上谐振腔体(1)的电容柱尺寸大，为传感谐振腔，下谐振腔体(2)的电容柱尺寸小，为参考谐振腔；

所述上下谐振腔体(1)和(2)间直接接触的底层金属和顶层金属以及金属格栅将两腔体纵向地阻隔开，使得电磁场很好地束缚在各自的腔体中；

所述上下谐振腔体(1)和(2)通过各自电容柱的金属化通孔、金属格栅和空气填充型区域，实现湿润空气进出自由；

所述馈电线（3）设置在上下谐振腔体(1)和(2)间直接接触的底层金属和顶层金属上，沿横轴对称分布。

2.根据权利要求1所述的基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，其特征在于：所述上谐振腔体(1)和下谐振腔体(2)的形成金属格栅的每个金属通孔在垂直方向上一一对应，使得湿润空气可以在两个谐振腔体内充分流通，同时屏蔽电磁波，使得电磁场很好的拘束在各自腔体中。

3.根据权利要求2所述的基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，其特征在于：所述形成金属格栅的金属化通孔的直径皆小于 ，相邻通孔间距皆大于 ，为谐振腔工作频点对应的波长，孔隙率皆小于百分之五十。

4.根据权利要求1或2所述的基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，其特征在于：所述馈电线（3）由上谐振腔体(1)上的第一馈电线结构（1‑3‑4）和下谐振腔体(2）上的第二馈电线结构（2‑1‑3）共同构成“共面波导+带状线”。

5.根据权利要求4所述的基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，其特征在于：所述第二馈电线结构（2‑1‑3）由三部分组成，第一部分（A）共面波导馈电线为菱形渐变结构，总长度为6.2mm，馈电线宽度3mm，馈电线两侧的缝隙宽度为0.35mm，菱形馈入端口的宽度为0.8mm，从馈入端口向腔体中心逐渐变大；经过3.5mm的长度后渐变至3mm宽，此时暂停渐变，经过1.3mm后，再次由3mm宽渐变为1.5mm宽，此次渐变长度1.4mm；

所述第二馈电线结构（2‑1‑3）的第二部分（B）为锥形渐变结构，由第一部分（A）共面波导馈电线延伸而成；总长度8.6mm，馈电线宽度1.5mm，馈电线两侧的缝隙宽度为0.35mm，在经过7.6mm的长度后逐渐变小，由1.5mm宽渐变为0.8mm宽，此次渐变长度2mm；

所述第二馈电线结构（2‑1‑3）的第三部分（C）是沿横轴对称分布的直径为2mm的非金属化通孔，孔间距为9.53mm，用于连接免焊接终端连接器；

第一馈电线结构（1‑3‑4）的位置与第二馈电线结构（2‑1‑3）的第二部分位置对应，结构相同，第二馈电线结构（2‑1‑3）的第二部分（B）和第一馈电线结构（1‑3‑4）共同组成带状线结构。

6.根据权利要求1、2或3所述的基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，其特征在于：所有介质基板的中间介质层材料为Rogers 4350，其相对介电常数为3.66，相对磁导率为1，损耗正切角为0.004。

说明书

一种基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器

技术领域

[0001] 本发明属于传感器领域，具体涉及适用于检测空气相对湿度的微波无源传感器。

背景技术

[0002] 湿度是环境质量监测中的一项重要指标，湿度检测在各种实验室和工业应用中具有重要意义，如电子设备制造、食品加工、医疗储存、制药制造和大型设备运行等均对环境湿度具有较高要求。因此，研发高性能湿度传感器在众多领域都具有较高的实用价值。

[0003] 传统湿度传感器如电阻型传感器、电容型传感器以及压电式传感器均工作在较低频率，无法直接应用于现代射频传感检测系统。为解决这一问题，科研人员近年来提出了微波无源湿度传感器设计方案。微波无源湿度传感器因其成本低廉、设计灵活性强、易于与射频传感检测系统集成等诸多优点而倍受青睐。然而目前所报道的微波无源湿度传感监测器件仍然具有相对尺寸大、传感灵敏度低、品质因数低等诸多问题，严重限制了它们的实际应用范围。基于分频的微波差分传感器通常由两个传感器件组成，其中一个作为传感，另一个作为参考。且大多是在水平方向上的组合，使得整体结构的相对尺寸较大，结构不够紧凑。

[0004] 本申请人曾提出过一种基于衬底集成波导重入式谐振腔的湿度传感器，该传感器由于空气通孔较小且腔体内部为封闭结构，湿空气介质的流通性较低，不能自由进出，湿度传感时的响应和恢复较慢，分辨率较低。

发明内容

[0005] 本发明提出一种基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，解决湿润空气在两个谐振腔体内上下流通问题，使谐振腔的高品质因数特性得以良好保持，实现对空气相对湿度的高分辨率检测。

[0006] 本发明的设计思路是将传感和参考的谐振腔垂直放置，采用特殊的“共面波导+带状线”的馈电线结构，纵向地为两个腔体同时提供等功率。将两个谐振腔垂直放置，由于天然存在的金属壁，具有良好的电磁屏蔽性能，但同时隔绝了湿润空气上下流通的可能，本发明采用了特殊的金属化通孔设计，使得湿润空气可以在两个谐振腔体内充分流通，同时屏蔽电磁波，使得电磁场很好的拘束在各自腔体中。

[0007] 本发明的技术方案如下：

[0008] 一种基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器，其包含两个上下叠加的谐振腔体和两段馈电线；所述谐振腔体均由上层、中间和下层三块介质基板构成，各介质基板均包含顶层金属层、中间介质层及底层金属层。

[0009] 上谐振腔体的谐振腔是由一圈金属化通孔围成，所述金属化通孔刻蚀在三块介质基板的中间介质层的相同位置，连接顶层与底层金属层，等效谐振腔的金属壁。

[0010] 在所述上谐振腔体的谐振腔区域内，上层介质基板的中间介质层设有阵列分布的金属通孔，底层金属层在对应金属通孔阵列区域留出一块矩形金属，其余均刻蚀掉，所述矩形金属和金属化通孔共同形成谐振腔的电容柱结构，电容柱所在位置为腔体中电场最强的区域。中间介质基板在谐振腔区域内自顶层金属层到底层金属层完全挖穿，形成空气填充区域；下层介质基板在谐振腔区域内自顶层金属往下刻蚀至部分中间介质层形成凹槽，凹槽表面尺寸与矩形金属表面尺寸相同，形成传感功能区域。在下层介质基板的中间介质层围绕凹槽刻蚀金属化通孔阵列，形成金属格栅。

[0011] 下谐振腔体与所述上谐振腔体对称，结构相同，两谐振腔体中电容柱的尺寸不同，电容柱尺寸大的腔体为传感谐振腔，电容柱尺寸小的腔体为参考谐振腔。

[0012] 所述上下谐振腔体间直接接触的底层金属和顶层金属以及金属格栅将两腔体纵向地阻隔开，使得电磁场很好地束缚在各自的腔体中。

[0013] 所述上下谐振腔体通过各自电容柱的金属化通孔、金属格栅和空气填充型介质基板，实现湿润空气进出自由。

[0014] 所述馈电线设置在上下谐振腔体间直接接触的底层金属和顶层金属上，沿横轴对称分布。

[0015] 本发明的有益效果具体如下：

[0016] 1、本发明巧妙地将两个衬底集成波导纵向结合，拥有较大尺寸电容柱的腔体频点较低，用作传感，拥有较小尺寸电容柱的腔体频点较高，用作参考。

[0017] 本发明采用差分结构的形式，对环境湿度进行差分传感检测，在传感谐振腔的传感功能区域即凹槽区域，沉积可吸附湿润空气中水分子的敏感材料，水分子扩散到敏感材料中会导致其内在特征发生变化，例如材料的有效介电常数会显著提高，从而在传感谐振腔内激发腔内强诱导电场与吸湿材料间的相互作用；参考谐振腔内的传感功能区域未沉积吸湿材料，只激发强诱导电场与湿润空气介质间的相互作用，从而显著提高了传感器的传感灵敏度。

[0018] 2、本发明所提出差分湿度传感器，湿空气介质通过重入式电容柱的金属化通孔进入谐振腔内部，利用中间介质基板的空气填充区域提供的空间，湿润空气的水分子能够更好地富集在谐振腔内部的传感功能区域，从而实现湿度传感功能。同时利用金属格栅的每个金属通孔在垂直方向上一一对应，使得湿润空气可以在两个谐振腔体内上下流通。

[0019] 值得注意的是，所述组成重入式电容柱和金属格栅的金属通孔，仅允许湿空 气的进出，而两个谐振腔内部的电磁波无法从金属化通孔泄露，金属格栅避免了 两腔体传感元件间的相互耦合，重入式电容柱的金属化通孔避免了电磁波向自由 空间辐射，使得电磁场很好的拘束在各自腔体中。因为金属化通孔的直径皆小于 λ/2，相邻通孔间距皆大于60/λ(λ为谐振腔工作频点对应的波长)，孔隙率皆小 于百分之五十，满足金属格栅理论对通孔直径、间距和孔隙率的设计要求。因此 对电磁波而言谐振腔仍可视为封闭式结构。这一特点可以使谐振腔的高品质因数 特性得以良好保持，从而实现对空气相对湿度的高分辨率检测。

[0020] 3、本发明的馈电线采用“共面波导+带状线”的结构以及带状线连接衬底集成波导的技术，既能同时给纵向的两腔体提供等功率，又能大大地减少插入损耗。相比为两个垂直放置的微波差分传感器而进行的复杂的馈电线设计，本发明的馈电线为一体化结构设计，用共面波导代替微带线，带状线由共面波导延伸形成，可以达到良好馈电效果，使得结构能获得更好的传输响应。

[0021] 4、本发明所提出的双衬底集成波导重入式谐振腔结构具有高度可调的谐振频点，在不改变谐振腔整体尺寸的条件下通过简单调整优化谐振腔内部的关键结构参数即可实现对工作频点的灵活调整，适用范围更广。

附图说明

[0022] 图1是本发明提出的差分湿度传感器的截面示意图；

[0023] 图2是本发明提出的差分湿度传感器各组件的立体分解示意图；

[0024] 图3(a)是本发明提出的差分湿度传感器的第一介质基板的正面示意图；

[0025] 图3(b)是本发明提出的差分湿度传感器的第一介质基板的背面示意图；

[0026] 图4(a)是本发明提出的差分湿度传感器的第二、第五介质基板的正面示意图；

[0027] 图4(b)是本发明提出的差分湿度传感器的第二、第五介质基板的背面示意图；

[0028] 图5(a)是本发明提出的差分湿度传感器的第三介质基板的正面示意图；

[0029] 图5(b)是本发明提出的差分湿度传感器的第三介质基板的背面示意图；

[0030] 图6(a)是本发明提出的差分湿度传感器的第四介质基板的正面示意图；

[0031] 图6(b)是本发明提出的差分湿度传感器的第四介质基板的背面示意图；

[0032] 图6(c)是本发明提出的差分湿度传感器的第四介质基板的馈电部分的放大图；

[0033] 图6(d)是本发明提出的差分湿度传感器馈电线的放大图；

[0034] 图7(a)是本发明提出的差分湿度传感器的第六介质基板的正面示意图；

[0035] 图7(b)是本发明提出的差分湿度传感器的第六介质基板的背面示意图；

[0036] 图8(a)是本发明提出的差分湿度传感器在室温条件下传感谐振腔沉积与未沉积敏感材料的传输响应曲线；

[0037] 图8(b)是本发明提出的差分湿度传感器在传感谐振腔沉积一层敏感材料后传感谐振频率与环境相对湿度的关系曲线。

具体实施方式

[0038] 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：

[0039] 如图1至图7（a）和图7（b）所示，本发明提出的基于衬底集成波导双重入式谐振腔的差分湿度传感器包含两个上下叠加的谐振腔和两段“共面波导+带状线”的馈电线（3）。

[0040] 上谐振腔体（1）由上层介质基板（1‑1）、中间介质基板（1‑2）和下层介质基板（1‑3）构成。下谐振腔体（2）由上层介质基板（2‑1），中间介质基板（2‑2）和下层介质基板（2‑3）构成。每块介质基板均具有顶层金属层、中间介质层以及底层金属层三层结构。

[0041] 上谐振腔体(1)的谐振腔是由一圈金属化通孔（1‑1‑4）围成，所述金属化通孔（1‑1‑4）刻蚀在三块介质基板的中间介质层的相同位置，连接顶层与底层金属层，等效谐振腔的金属壁。同样下谐振腔体(1)的谐振腔也是由一圈金属化通孔围成，所述金属化通孔刻蚀在三块介质基板的中间介质层的相同位置，连接顶层与底层金属层，等效谐振腔的金属壁。
作为优选，金属化通孔的直径为0.8mm，两相邻通孔间的间距为1.3mm。

[0042] 以上两个腔体的六块介质基板在实际结构中是利用14个直径为1.6mm的螺丝固定，且螺丝不影响谐振腔的工作。

[0043] 六块介质基板的中间介质层材料相同，在本实施例中，该材料为Rogers 4350，其相对介电常数为3.66，相对磁导率为1，损耗正切角为0.004。其中中间介质基板（1‑2）和（2‑2）的厚度相同，厚度为0.578mm。其余四块介质基板具有相同的厚度，厚度为1.594mm。

[0044] 所述六块介质基板的整体长度和宽度均相同，作为优选，长度和宽度均为60mm。

[0045] 所述上谐振腔体(1)的上层介质基板（1‑1）在谐振腔的中心区域设有阵列分布的金属通孔(1‑1‑1)，底层金属层除留出对应于金属通孔(1‑1‑1)阵列区域一块矩形金属（1‑1‑2）未刻蚀，在谐振腔内的其余部分的底层金属层均刻蚀掉。所述矩形金属（1‑1‑2）和金属通孔（1‑1‑1）共同形成谐振腔的电容柱结构(1‑1‑3)。

[0046] 同样，下谐振腔体(2)的下层介质基板（2‑3）在谐振腔的中心区域设有阵列分布的金属通孔(2‑3‑1)，顶层金属层除留出对应于金属通孔(2‑3‑1)阵列区域一块矩形金属（2‑3‑2）未刻蚀，在谐振腔内的其余部分的底层金属层均刻蚀掉。所述矩形金属（2‑3‑2）和金属化通孔（2‑3‑1）共同形成谐振腔的电容柱结构(2‑3‑3)。

[0047] 作为优选，金属通孔（1‑1‑1）和（2‑3‑1）的直径为2mm，两相邻通孔间的间距为3.35mm。上谐振腔体(1)的矩形金属（1‑1‑2）长和宽均为17mm，下谐振腔体(2)的矩形金属（2‑3‑2），长和宽均为14mm，两谐振腔体中电容柱的尺寸不同，电容柱尺寸大的腔体为传感谐振腔，电容柱尺寸小的腔体为参考谐振腔。

[0048] 参考图4（a）和图4（b），两个谐振腔体中，中间介质基板(1‑2)和(2‑2)结构相同，在谐振腔区域内自顶层金属层到底层金属层完全挖穿，形成空气填充型区域，其目的是为了将湿润空气中的水分子更好地富集在谐振腔内的传感功能区域，从而实现湿度传感功能。作为优选，所挖空空气填充型区域的长度和宽度均为34mm。

[0049] 上谐振腔体(1)的下层介质基板（1‑3）和下谐振腔体(2)的上层介质基板（2‑1）的中间介质层均刻蚀有一块矩形凹槽（1‑3‑1）和（2‑1‑1），其目的是为了形成传感功能区域。所述上谐振腔体(1)的下层介质基板（1‑3）的中间介质层刻蚀的矩形凹槽（1‑3‑1）长和宽均为17mm，凹槽深度0.5mm；在下谐振腔体(2)的上层介质基板（2‑1）的中间介质层刻蚀的矩形凹槽（2‑1‑1）长和宽均为14mm，凹槽深度0.5mm。

[0050] 在下层介质基板（1‑3）和上层介质基板（2‑1）的中间介质层围绕矩形凹槽（1‑3‑1）和（2‑1‑1）阵列刻蚀数个金属化通孔形成金属格栅，金属格栅（1‑3‑2）连接上谐振腔体(1)的下层介质基板（1‑3）的底层金属，金属格栅（2‑1‑2）连接下谐振腔体(2)的上层介质基板（2‑1）的顶层金属，每个金属化通孔在垂直方向上一一对应，使得湿润空气可以在两个谐振腔体内充分流通，同时屏蔽电磁波，使得电磁场很好的拘束在各自腔体中。利用两个腔体对应的金属栅网，中间介质基板的空气填充区域和电容柱金属化通孔，可以实现湿润空气进出自由，使得上下流通性强，湿润空气的水分子能够富集在腔体内与吸湿材料充分反应的功能。

[0051] 基于金属格栅屏蔽理论，对金属化通孔的直径，相邻孔之间的间距和孔隙率 的设计有要求，作为优选，设计金属化通孔直径为1.2mm，相邻通孔的间距为 1.7mm。该传感器工作频点对应的波长为47.89mm，对通孔直径的设计就满足 1.2mm<λ/2＝23.94mm，相邻孔间距就满足 孔隙率为 19.56％<50％，从而达到屏蔽电磁波的目的。

[0052] 参考图（5）b和图6（a），所述的差分湿度传感器，由下谐振腔体(2)的馈电线结构（2‑1‑3）和上谐振腔体(1)的馈电线结构（1‑3‑4）共同组成“共面波导+带状线”馈电线（3）。

[0053] 参考图（6）c，所述下谐振腔体(2)的馈电线结构（2‑1‑3）由三部分组成，第一部分（A）共面波导馈电线为菱形渐变结构，总长度为6.2mm，馈电线宽度3mm，馈电线两侧的缝隙宽度为0.35mm，菱形馈入端口的宽度为0.8mm，从馈入端口向腔体中心逐渐变大。经过3.5mm的长度后渐变至3mm宽，此时暂停渐变，经过1.3mm后，再次由3mm宽渐变为1.5mm宽，此次渐变长度1.4mm。

[0054] 所述下谐振腔体(2)的馈电线结构（2‑1‑3）的第二部分（B）为锥形渐变结构，由第一部分（A）共面波导馈电线延伸而成。总长度8.6mm，馈电线宽度1.5mm，馈电线两侧的缝隙宽度为0.35mm，在经过7.6mm的长度后逐渐变小，由1.5mm宽渐变为0.8mm宽，此次渐变长度2mm。

[0055] 所述下谐振腔体(2)的馈电线结构（2‑1‑3）的第三部分（C）是沿横轴对称分布的直径为2mm的非金属通孔，孔间距为9.53mm，用于连接免焊接终端连接器。

[0056] 参考图（6）d，上谐振腔体(1)在下层介质基板（1‑3）的底层金属与上层介质基板（2‑1）的顶层金属接触的位置刻蚀有与馈电线结构（2‑1‑3）的第二部分（B）相同的馈电线结构（1‑3‑4）。馈电线结构（2‑1‑3）的第二部分（B）和馈电线结构（1‑3‑4）共同组成“带状线”结构。

[0057] 以上“菱形”和“锥形”渐变结构是为了满足输入端口阻抗匹配要求，还能做到两个谐振腔同时激励，从而实现良好的传输响应。

[0058] 为使用免焊终端连接器，在所述差分湿度传感器上谐振腔体(1)的上层介质基板（1‑1）、中间介质基板（1‑2）、下层介质基板（1‑3）和下谐振腔体(2)的中间介质基板（2‑2）和下层介质基板（2‑3）对应馈电线结构（2‑1‑3）的第一部分（）共面波导馈电线的位置从顶层金属到底层金属刻蚀出矩形缺口（1‑3‑5）。作为优选，刻蚀长度为15mm，宽度6.2mm。

[0059] 图8（a）是本发明提出的差分湿度传感器在室温条件下在传感谐振腔（1）的传感功能区域（1‑3‑1）沉积与未沉积敏感材料的传输响应曲线。在室温条件下，用温湿度仪测出此时室内的相对湿度为78.2%。未沉积敏感材料的差分湿度传感器分别在3.787GHz和3.884GHz激发出强烈的谐振，在传感谐振腔（1）的传感区域（1‑3‑1）沉积一层吸湿的敏感材料，水分子扩散到敏感材料中会提高材料的有效介电常数，激发强诱导电场与吸湿材料间的相互作用，导致传感谐振腔的谐振频率发生改变，降低为3.761GHz。同时位于更高的谐振频点基本不变，因为已有的环境因素未改变。参考图8（b），在传感谐振腔沉积一层敏感材料后在不同相对湿度环境下的传感器实测传感谐振频率与环境相对湿度间的函数关系，当相对湿度从41.9%增大到97.3%时，传感谐振腔（1）的谐振频率从3.77075GHz降低到
3.75875GHz，谐振频率的偏移量为12MHz。说明传感器具有高灵敏度特性。

[0060] 本发明采用差分结构的形式，对环境湿度进行差分传感检测，在传感谐振腔的传感功能区域即凹槽区域，沉积可吸附湿润空气中水分子的敏感材料（1‑3‑3），参考图（1）和图（5）a。当传感器暴露在湿度环境中时，湿空气介质将通过上谐振腔体(1)的上层介质基板和下谐振腔体(2)的下层介质基板的电容柱的金属化通孔（1‑1‑3）和（2‑3‑3）进入谐振腔内部，富集在预先设置的传感区域（1‑3‑1）和（2‑1‑1），水分子扩散到敏感材料中会导致其内在特征发生变化，例如材料的有效介电常数会显著提高，从而在传感谐振腔内激发腔内强诱导电场与吸湿材料间的相互作用，进而导致传感谐振腔谐振频点的偏移，其偏移量由敏感材料吸附水分子的程度决定；参考谐振腔内的传感功能区域未沉积吸湿材料，只激发强诱导电场与湿润空气介质间的相互作用，进而导致谐振腔谐振频点的偏移，其偏移量由空气的相对湿度大小决定。两个谐振腔体间直接接触的底层金属、顶层金属和金属格栅，将两腔体纵向地阻隔开，重入式电容柱的金属化通孔避免了电磁波向自由空间辐射，使得电磁场很好地束缚在各自的腔体中，这一特点可以使谐振腔的高品质因数特性得以良好保持，从而实现对空气相对湿度的高灵敏度高分辨率检测。

[0061] 该传感器由六块介质基板结合构成两个上下叠加的谐振腔，采用特殊的馈电设计，使得结构十分紧凑。整个差分湿度传感器以一个谐振腔作为传感，在传感功能区域沉积吸湿材料；另一个谐振腔在传感功能区域未沉积吸湿材料作为参考。利用在两个腔体相邻介质基板中做金属化通孔设计形成的金属格栅，中间空气填充型介质基板，重入式电容柱的金属化通孔，实现了湿润空气进出自由，上下流通性强，湿润空气的水分子能够富集在腔体内与吸湿材料充分反应的功能。同时两腔体之间具有良好的电磁屏蔽，从而实现对空气相对湿度的高灵敏度高分辨率检测，以满足各学科领域对高性能空气湿度传感器的迫切需求。

[0062] 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。