基于吸收体的自供电差分微波振荡器，用于二氧化碳/臭氧气体检测

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：An Absorber-Based Self-Powered Differential Microwave Oscillator for CO2/O3 Gas Sensing

自供电差分微波气体传感器通过完美金属表面吸收器（PMA）实现能量收集，结合高效全桥整流器和双振荡器读出，抑制环境湿度干扰，支持高分辨率检测，Zeolite 13X和ZnO分别用于CO2（500-1000ppm）和O3（≤24ppm）检测，适用于远程连续环境监测。

　　

摘要：

本文介绍了一种自供电的差分微波气体传感方案，该方案结合了完美的超表面吸收器（PMA）用于能量收集、高效的全桥（FB）整流器以及双振荡器读出电路。这种方案克服了传统微波传感器的局限性，后者要么需要电池，要么读出分辨率较低。多层PMA能够有效捕获环境中的射频信号，并与整流器一起，在2.4 GHz频率下提供稳定的电源，其效率约为82%，信噪比为5 dBm，从而实现无需电池的运行。传感通过两个间距较近的振荡频率（约4.66 GHz和约4.70 GHz）来完成：较低频率的振荡信号作为传感通道，而较高频率的振荡信号则用于提供内部参考信号，以抑制环境相对湿度（RH）对测量结果的影响。振荡器读出电路具有超窄的线宽、长期频率漂移（≤20 kHz）以及低于-110 dBc/Hz的相位噪声（在100 kHz偏移量下），支持高分辨率的频率数据采集。通过将Zeolite 13X材料用于检测二氧化碳（浓度范围500–1000 ppm）和ZnO材料用于检测臭氧（浓度高达24 ppm）并集成到紧凑型的分析器结构中，实现了对特定气体的选择性检测；差分校准功能使得该传感系统能够与商用仪器保持一致的检测精度。这种低功耗、紧凑型的设计非常适合远程、连续的环境监测应用，在这些应用中，设备的自主性、稳定性和化学选择性至关重要。