Transmission-mode phase-variation microwave sensor applied to highly sensitive micrometer-scale thickness measurements
Canalias, Xavier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica)
Vélez, Paris (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica)
Casacuberta, Pau (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica)
Su, Lijuan (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica)
Kurniawati, Nazmia (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica)
Martín, Ferran (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica)

Date:	2025
Abstract:	This article proposes a highly sensitive two-port single-frequency permittivity sensor operating in transmission. The device consists of a shunt-connected short-circuited quarter-wavelength resonator (the sensing element) sandwiched between a symmetric configuration of cascaded impedance inverters with alternating high and low impedance. The output variable of the sensor is the phase of the transmission coefficient at the operating frequency, which is highly sensitive to variations in the permittivity of the medium surrounding the sensing resonator. In the proposed two-port sensor, the feeding (harmonic) signal and the output signal do not share the same port, which facilitates retrieving the output variable in scenarios where a vector network analyzer (VNA) cannot be used. The maximum sensitivity in the reported prototype is Smax= -63. 94° per unit of dielectric constant variation, whereas the figure of merit (FoM), or ratio between the maximum sensitivity and the area of the sensing region expressed in squared wavelengths, is FoM.
Grants:	Agencia Estatal de Investigación PID2022-139181OB-I00 Agencia Estatal de Investigación PREP2022-000364 Agencia Estatal de Investigación CPP2021-009080 Agencia Estatal de Investigación RYC2022-035819-I Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades FPU20/05700 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2024/ICREA-00114 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-00192
Rights:	Aquest material està protegit per drets d'autor i/o drets afins. Podeu utilitzar aquest material en funció del que permet la legislació de drets d'autor i drets afins d'aplicació al vostre cas. Per a d'altres usos heu d'obtenir permís del(s) titular(s) de drets.
Language:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió acceptada per publicar
Subject:	Coplanar waveguide (CPW) ; Impedance inverters ; Passive network ; Permittivity sensor ; Phase-variation sensor ; Sensitivity ; Thickness measurements
Published in:	IEEE Sensors Journal, Vol. 25, issue 13 (July 2025) , p. 24152-24164, ISSN 1530-437X

DOI: 10.1109/JSEN.2025.3569406

Available from: 2027-07-30 Postprint 40 p, 479.4 KB

The record appears in these collections:
Research literature > UAB research groups literature > Research Centres and Groups (research output) > Engineering > CIMITEC-UAB
Articles > Research articles
Articles > Published articles