设计了高Q值表面等离子体传感器。感器芯片的基板是200μm厚的石英材料，顶层是具有复合结构的金属层。了确保有效传输，其等离子波导源自共面波导结构（CPW），并通过表面等离激元传输线传输到谐振环，因此，共振模式可以通过等离子波导和共振环的相互耦合共振来产生。于仿真，研究了在不同模式下对应于电场分布图的谐振环的闭合状态。传输系数S21的图表上获得了六个明显的共振谷，其中三个谷具有很高的Q值，这六个共振谷的Q值在44.6到268.3之间变化。年来，高Q传感器已在微波，毫米波和太赫兹（THz）波段中得到广泛研究。论是在食品安全，生物检测还是在安全性方面，高Q传感器性能的提高已变得意义重大。别是在太赫兹波段，该传感器轻巧，结构简单，可以检测痕量元素甚至细胞，因此引起了广泛关注。感器是一种检测装置，其可以检测待测物体的信息并以某种形式产生该信息。着太赫兹技术的快速发展[15]，高Q值传感器的研究受到鼓励[69]，因为这些传感器可用于食品安全，生物检测和安全检查服务。
了研究传感器的高Q特性，前人设计了不同类型的传感器，例如超材料传感器，耦合到棱镜的传感器和平行板波导传感器[1014]。赫兹传感器的发展[15]促进了检测和分析技术的发展。本文中，研究了基于等离子波导和在太赫兹频带谐振的环的高Q值传感器。以前的研究相比，这种传感器具有多通道和高Q值的特点。
量转换部分是共面波导（CPW），它也是一种能够传输准横向电磁波模式（QTEM）的导波。面波导的阻抗匹配由端口参数确定。导端口的宽度w为100μm，端口处的缝隙宽度g为9.4μm，石英基板的介电常数ε为3.75。些参数设置对应于50Ω阻抗匹配端口。式转换和能量自适应部分是将导波从QTEM模式转换为伪表面等离子体激元波模式的转换器。前的研究表明，如果CPW直接连接到等离子波导，并且省略渐进结构，则会出现能量差异。此，引入了梯度结构以执行阻抗匹配。种渐进结构来自维瓦尔第天线y = C1exp（αx） C2的方程，其中C1和C2是常数，α=2。一定范围内，α的值越大，天线的曲率就越大。度很大。过几次模拟，我们选择了最佳的Alpha值。
离子体波导和谐振环，这里的波导作为传输线来支持伪等离子体波的传播。导和谐振环之间的差为g，沟槽的宽度和周期表示为a = 0.5 p和p =2πR/ N，其中N是总的谐振环的沟槽（N = 20）。
振环和波导的凹槽aλ（λ是自由空间的波长）。导的高度为h，谐振环的外径为R = 200μm，内径为r = 600μm，图中其他值：h1 = 500μm，h2 = 450 μm，p = 380μm。义这些值是为了确保仿真在所需的频带内。计的传感器芯片由CST Microwave Studio软件进行仿真。界条件x，y和z被定义为打开，并且模拟波在自由空间中传播。择金作为表面层的金属材料是因为金损耗低，并且在可见光范围内是理想的电导体。择石英作为基础材料是因为石英的切线损耗非常低，只有tanδ= 0.0004。层的厚度为0.5μm，并固定在石英的表面上通过传统的光刻涂布工艺。了减少损耗，我们还可以选择其他性能良好的低损耗电介质，例如砷化镓和蓝宝石，本文使用200μm厚的石英作为衬底。拟的传输系数（参数S21）如图2所示。线曲线表示通过等离子体波导与谐振环之间的相互作用获得的参数S21。线表示仅具有等离子波导作为宽带传输而没有谐振环参数的S21。于谐振环和等离子体波导彼此耦合，恒温阀芯因此将产生六个单独的谐振谷。于无数的模拟，在一定范围内，谐振环离等离子体波导越近，由互耦效应产生的谐振谷就越明显。振环与等离子体波导之间的距离为9.4μm。图3（a）至（f）所示，不同的谐振谷对应于不同的模式。3（a）至（f）显示了距xy平面0.1 mm处的电场监测器。2的共振谷1至6对应于图3（a）至（f）的共振模式。
图3中清楚地看到，在波导的孔2处没有对应于共振谷3至5的信号传输。细设计谐振环，使等离子激元波导的截止频率高于谐振环的截止频率，并确保所有谐振谷均在带宽范围内。中：f0是谐振频率； f1和f2对应于3 dB的带宽。
振谷3至5在仿真中非常明显，并且具有较高的Q值。些共振谷的Q值分别为44.6、268.3和215.8。感器的高Q值对于生物传感器而言是极好的，因为当Q值较高时，当生物材料的类型或材料的性质发生变化时，共振峰移动得更多，这更易于观察。果更加明显。实验中，我们使用了15 mm×15 mm的石英基板。感器芯片的成品如图4所示，图4是成品的详细视图。输系数S21由Agilent矢量网络分析仪（N5245A）在50至75 GHz的频段内测量。针分别放在端口1和2上以获得实验数据。较仿真结果和实验结果，如图5所示。仿真中，谐振谷3至5分别出现在53.8 GHz，59.0 GHz和64.6 GHz。实验中，谐振谷3至5分别出现在53.7 GHz和59.2。GHz和63.2 GHz处，传输系数S21的参数在仿真中可以分别达到-28.6 dB，-52.1 dB和-21.3 dB，并达到-28.6 dB，-39.8分贝和-18.1分贝在实验中。真和实验值的偏差可能是由处理和测量错误引起的。于谐振环的存在，接收信号的传输受到谐振环与等离子体波导之间的耦合和谐振的影响。管波导端口具有能量适配部分，但是实验传输和仿真系数S21的参数始终小于-5 dB。文研究了一种基于人工超材料的复合多通道传感器，该传感器基于等离子体波导和谐振环。用三维全波仿真软件CST Microwave Studio和安捷伦矢量网络分析仪（N5245A）对其传输和检测特性进行仿真和实验，并进行了详细的分析和测量。们设计了一种传感器芯片，该传感器芯片具有共面波导和在石英基板上共振的环形结构。于谐振环凹槽中的物质变化（与负载不同的折射率不同）可能导致谐振环与等离子波导之间的谐振频率发生漂移因此，可以基于不同物质的共振谷的共振频率来识别待测物质。传感器的Q值较高时，待测物质的共振峰将有更大的偏移量，因此传感器将更加灵敏，效果会更好。于实验制造的传感器轻巧，易于集成，便于运输和检测，因此可以投入实际应用，对生物检测领域的发展具有一定的促进作用。
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