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기판; 및상기 기판 상에 형성되며, 금속 라인으로 형성된 직사각형 형상의 좌측의 제1패드와 우측의 제2패드가 형성되고, 상기 제1패드와 상기 제2패드가 마주보는 중심부의 상부 방향으로 금속 라인이 복수의 턴(turn)을 갖는 8각형 구조를 이루는 2대의 공진기가 대칭적으로 배치되며, 각 턴 마다 일정 간격으로 이격된 금속 라인이 배치되며, 그 중심부 금속 라인이 교차하는 부분에 에어 브릿지 구조로 연결되며, 다층 나선형-결합 개방형 공진기를 포함하는 나선형-결합 BPF를 포함하고, 물-에탄올 용액 샘플을 떨어트리면, 상기 에어-브릿지 영역에서 에탄올 농도에 따른 커패시턴스가 변화하며, 2대의 대칭적인 공진기를 갖는 나선형-결합 BPF 커패시턴스에 의해 공진주파수 변화와 반사 계수의 변화를 용액의 다양한 에탄올 농도의 함수로 측정하여 갭 커패시턴스(gap capacitance), 복소 유전율(complex permittivity)의 변화를 측정하여 피측정물질 인 알코올의 농도를 측정하며, 상기 나선형-결합 BPF는 대칭적인 2대의 개방형 상호권선형 공진기가 에어-브릿지 구조 하부로 연결되는 복수의 턴(turn)을 갖는 8각형 공진기를 형성하며, 각각 L/2의 인덕턴스를 갖는 상호권선형 공진기 사이의 유도 결합(inductive coupling)(Lm)과, 대칭적인 2대의 개방형 상호권선형 공진기의 갭 커패시턴스(gaps of two open-ended interwound resonators)(Cg)과 기판을 통해 개발된 프린지 캐패시턴스(fringe capacitance)(Cs) 사이에 발생하는 용량성 결합(capacitive coupling)을 포함하는 혼합 커플링으로 구현되고, 공진기의 저항 특성은 Rs로 모델링되며, 8각형 구조의 각 turn을이루는 단위 셀 커패시턴스(unit cell capacitance) Cuc는 갭 커패시턴스(gap capacitance)(Cg)와 기판 매핑 커패시턴스(Cs)를 더한 커패시턴스 값이며, 금속 표면과 접지면 사이의 커패시턴스(Cp)를 포함하고, BPF의 기본 공진 주파수(f0)는 (1)에 의해 계산되며, Leq는 등가회로의 인덕턴스, Ceq는 등가회로의 커패시턴스 인 것을 특징으로 하는 물-에탄올 용액의 민감한 검출과 특성을 위한 나선형 수동 마이크로공진기 센서
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제1항에 있어서, 상기 기판은 GaAs 기판을 사용하며, GaAs 기판 상에 SiNx층이 형성되는, 물-에탄올 용액의 민감한 검출과 특성을 위한 나선형 수동 마이크로공진기 센서
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제1항에 있어서, 상기 금속 라인은 구리(Cu) 또는 금(Au)을 사용하는, 물-에탄올 용액의 민감한 검출과 특성을 위한 나선형 수동 마이크로공진기 센서
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제1항에 있어서, 상기 8각형 공진기의 등가 인덕턴스는 식(2)에 의해 계산되며, (2)여기서, K1 = 2
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제1항에 있어서, 상기 물-에탄올 용액 샘플은 5%, 10%, 20%, 30%, 40% 및 50%의 에탄올을 포함하는 물-에탄올 용액의 다양한 조성을 탈 이온수(DI water)와 혼합하여 각각 10ml의 7가지 다른 부피-부피 농도 샘플을 사용한, 물-에탄올 용액의 민감한 검출과 특성을 위한 나선형 수동 마이크로공진기 센서
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제1항에 있어서, 상기 물-에탄올 용액의 주파수 의존 응답은 에탄올의 부피 백분율의 증가에 대해 공진 주파수가 증가하는, 물-에탄올 용액의 민감한 검출과 특성을 위한 나선형 수동 마이크로공진기 센서
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제1항에 있어서, 상기 갭 커패시턴스(Cg)는 테스트 대상 물질(피측정물질)의 외부 유전체에 의해 변조되며, 이는 복합 반사 계수 파라미터(S11)에서 알 수 있듯이 회로의 개방-엔드 어드미턴스(open-end admittance)를 변화시키며, 공진기 표면에 수용액을 도입하면, BPF의 공진기의 공진 주파수(f0)를 궁극적으로 변화시키는 갭 커패시턴스(gap capacitance) (무부하 조건에서 Cg = Cu, 부하 조건에서 Cg = Cu + Cl)가 증가하며, 부하 커패시턴스는 용액 농도의 함수 인 공진 주파수(fs)의 해당 변화와 관련되며 식(5)로부터 유추되며, (5)여기서, Cl은 전체길이가 L 인 공진기의 총 커패시턴스, CU는 단위 셀 커패시턴스(unit cell capacitance), f0는 대칭적으로 2대의 개방형 상호권선형 공진기가 형성된 8각형 구조의 에어-브릿지 구조로 하부로 연결되는 나선형-결합 BPF의 기본 공진주파수, fs는 용액 농도(solution concentration)의 함수 인 주파수이며, 물-에탄올 용액의 샘플을 도입하면 2대 공진기의 금속 라인 사이의 커패시턴스가 증가하고,부하 커패시턴스는 에탄올의 농도가 증가함에 따라 감소하며, 부하 커패시턴스의 감소는 테스트 중인 물질의 상대 유전율(relative permittivity)이 감소되며, 이는 이후 측정 파라미터의 관점에서 평가되는, 물-에탄올 용액의 민감한 검출과 특성을 위한 나선형 수동 마이크로공진기 센서
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제1항에 있어서, 상기 물-에탄올 용액의 물과의 부피 조성과 함께 다른 알코올 용액(alcohol solution)의 복소 유전율(Complex permittivity)은 Debye 방정식을 사용하여 근사값을 바탕으로 물-에탄올 용액의 유전율(permittivity) 변화와 민감한 무선 주파수 파라미터(sensitive radio frequency parameters)와의 관계를 수학적으로 모델링하면, 공진 주파수(f0)와 반사 계수(reflection coefficient,｜S11｜)의 크기를 식(6)에 의해 계산되며, (6)여기서, △ε= εs- εr, △f0 = fs - fr, 및 △｜S11｜ = S11s - S11r , 아래 첨자 r 및 s는 각각 reference 및 샘플 값, 행렬의 미지 계수(unknown coefficients)는 다음과 같이 용액의 미지 성분의 복소 유전율(complex permittivity of unknown composition of the solution)을 근사화하는데 사용할 수 있는 최소 제곱 법(least-squares method)을 사용하여 계산되며, (7)여기서, △ε'S는 상대 유전율(relative permittivity)로 알려진 유전율(permittivity)의 차이값, △ε"S는 손실 계수(loss factor)로 알려진 유전율(permittivity)의 차이값, △f0 = fs - fr , △｜S11｜ = S11s - S11r 반사계수의 차이이며, 각 샘플의 각 복소 유전율 값은 식(8)에 의해 계산되며, (8)여기서, 은 상대 유전율(relative permittivity)로 알려진 유전율(permittivity)의 실수 부(real part), 는 손실 계수(loss factor)로 알려진 유전율(permittivity)의 허수 부(imaginary part)이며, 식(8)을 사용하여 방정식 식(7)에서 얻은 유전율(permittivity) 및 기준값(reference value, )의 차이의 합 인 용액(solution)의 미지의 유전율 값(the unknown permittivity values of solution)을 얻을 수 있으며, 에탄올 농도의 함수로서 부하 커패시턴스의 변화는 0
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제1항에 있어서, 상기 물-에탄올 용액의 에탄올 농도의 증가에 따라 tangent of loss angle (tan(δ) = ε"/ε') 인 소멸 인자(dissipation factor)가 증가하며, 소멸 인자는 마이크로파 영역에서의 이온 전도(ionic conduction)와 쌍극자 회전(dipole rotation)에 달려 있으며, 산 용액(acid solution)에서 에탄올 혼합물(ethanol mixture)의 증가에 따라 증가하며, 소멸 인자의 증가가 고농축 에탄올 농도에서 반사 계수(reflection coefficient) 감소하는, 물-에탄올 용액의 민감한 검출과 특성을 위한 나선형 수동 마이크로공진기 센서
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제1항에 있어서,상기 나선형-결합 BPF의 공진기는 나선형-결합 BPF를 구성하는 2대의 개방형 상호권선형 공진기가 형성된 8각형 구조의 에어-브릿지 구조로 하부로 연결되며, 물-에탄올 용액의 특성 분석과 농도 측정을 위한 핵심 요소로 수동 소자에 의해 알콜측정센서로 사용되는 RF 공진기이며, 상기 RF 공진기를 이루는 BPF의 공진 주파수 및 반사 계수(reflection coefficient)의 변화를 용액의 다양한 농도의 함수로 측정하여 갭 커패시턴스(gap capacitance), 복소 유전율(complex permittivity)의 변화를 측정하는, 물-에탄올 용액의 민감한 검출과 특성을 위한 나선형 수동 마이크로공진기 센서
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제1항에 있어서,상기 나선형-결합 BPF의 8각형 구조의 베어 공진기(bare resonator)의 공진 주파수는 3
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제1항에 있어서,상기 물-에탄올 용액 측정을 위한 공진 주파수는 탈 이온수(DI water)의 경우 1
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