CN103257268A - 一种翘板式智能检测微波功率传感器 - Google Patents

一种翘板式智能检测微波功率传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN103257268A
CN103257268A CN2013101851232A CN201310185123A CN103257268A CN 103257268 A CN103257268 A CN 103257268A CN 2013101851232 A CN2013101851232 A CN 2013101851232A CN 201310185123 A CN201310185123 A CN 201310185123A CN 103257268 A CN103257268 A CN 103257268A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ground wire
microwave power
planar waveguide
coplanar waveguide
plate type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013101851232A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103257268B (zh
Inventor
韩磊
朱雁青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201310185123.2A priority Critical patent/CN103257268B/zh
Publication of CN103257268A publication Critical patent/CN103257268A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103257268B publication Critical patent/CN103257268B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种翘板式智能检测微波功率传感器，包括衬底、在衬底上依次排列设置的共面波导第一地线、共面波导信号线、共面波导第二地线、传感电极、驱动电极和SOC电路，以及设置在共面波导第二地线上并与共面波导垂直的翘板式双端悬臂梁，翘板式双端悬臂梁的中部下侧与共面波导第二地线连接，一端悬空设置于共面波导信号线的上方，另一端悬空设置于传感电极和驱动电极的上方，SOC电路通过导线分别与共面波导第二地线、传感电极和驱动电极连接。本发明最大程度地减小功率传感结构对器件反射系数的影响，保证微波信号的良好传输性能，同时可以提高功率传感器的灵敏度和智能化。

Description

一种翘板式智能检测微波功率传感器
 
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，涉及测量共面波导上传输的微波功率的结构。
 
背景技术
在微波技术研究中，微波功率是表征微波信号特征的一个重要参数。在微波无线应用和测量技术中，微波功率的探测是一个非常重要的部分。传统的测量微波功率的技术是基于热敏电阻、热偶或二极管实现，而这些均为终端器件，微波信号将会在功率测量中被完全消耗掉。近年来，国外提出了三类基于MEMS技术的在线式微波功率传感器结构：一种是利用共面波导信号线上的欧姆损耗，通过放置在附近的热堆将其转化为热电势输出；第二种是在共面波导的上方放置MEMS膜，通过测量膜因共面波导上传输的微波功率对其的吸引产生的位移实现微波功率的测量；第三种是在共面波导的上方放置MEMS膜，通过膜与信号线之间的耦合电容将一小部分微波功率耦合出来并引入热电堆实现微波功率的测量。这三种类型的在线式微波功率传感器在对微波信号的功率进行测量后，微波信号仍然可以使用，而且具有结构简单、体积小、与Si工艺或GaAs工艺相兼容等优点。
本发明中的翘板式智能检测微波功率传感器也是基于MEMS技术，但不同于上述的在线式微波功率传感器，该结构利用翘板式双端悬臂梁的其中一端感应共面波导上传输的微波信号，在另一端通过SOC（System on chip，系统集成芯片）电路模块智能补偿和施加电压来使翘板在水平方向保持平衡，将微波功率的变化转化为电压的变化。相比而言，翘板式智能检测微波功率传感器具有以下主要特点：一、翘板式悬臂梁结构对微波信号更加敏感，且悬臂梁自由端感应微波信号产生位移较之传统的MEMS膜或者单端悬臂梁更大，因此可以提高灵敏度；二、通过在翘板的另一端施加电压使翘板保持平衡的方式，减小由于翘板在微波信号线上引入的寄生电容造成的原有微波信号传输性能的劣化；三、通过SOC电路对施加的等效电压的变化进行智能补偿，测试精度可以通过对SOC电路的优化来进一步提高；四、整个微波功率传感器的制作无需特殊的材料并且与Si或GaAs MMIC工艺完全兼容。
基于以上翘板式智能检测微波功率传感器结构的特点，很明显的可以看出本发明与传统的MEMS膜结构或者悬臂梁微波功率传感器相比提高了性能，测量更加自动化和精确，并具有可以大大降低测试结构对传输信号微波性能影响的作用。本发明结构体积小、与Si或GaAs工艺兼容、高重复性、低生产成本等优点，很好的满足了集成电路对器件的基本要求。因此，翘板式智能检测微波功率传感器的结构具有较好的应用价值和广阔的市场潜力。
 
发明内容
技术问题：本发明提供一种可以提高功率传感器的灵敏度和智能化，并降低了器件的反射系数，实现了原有微波信号的最优化传输的翘板式智能检测微波功率传感器。      
技术方案：本发明的翘板式智能检测微波功率传感器，包括GaAs或Si材质的衬底、在衬底上依次排列设置的共面波导第一地线、共面波导信号线、共面波导第二地线、传感电极、驱动电极和SOC电路，以及设置在共面波导第二地线上并与共面波导垂直的翘板式双端悬臂梁，翘板式双端悬臂梁的中部下侧与共面波导第二地线连接，一端悬空设置于共面波导信号线的上方，另一端悬空设置于传感电极和驱动电极的上方，SOC电路通过导线分别与共面波导第二地线、传感电极和驱动电极连接。
本发明中，翘板式双端悬臂梁的一端与其下方的传感电极构成感应电容结构，从而可以通过检测电容的变化来衡量翘板的水平方向的平衡度，以此为依据来调整施加的下拉电压的大小。该结构将翘板式双端悬臂梁的一端置于共面波导上方感应微波功率，并在双端悬臂梁的另一个自由端下方放置一个驱动电极以将微波功率的变化转化为电压变化加以测量。
本发明中，翘板式双端悬臂梁通过SOC电路测量感应电容值，并通过施加平衡电压保持翘板式双端悬臂梁的平衡。
本发明中，共面波导第一地线、共面波导信号线和共面波导第二地线组成共面波导。
整个技术方案中需要注意一些问题，其中包括：翘板式双端悬臂梁中应力的控制，这对于整个器件结构的实现具有十分重要的意义；悬臂梁高度与器件的灵敏度和反射系数都有关系，因此需要选取合适的初始高度以便在灵敏度和反射系数之间做一折中。
应用本发明中的翘板式智能检测微波功率传感器结构可以实现功率测量结构在集成电路中的产业化应用，进而推动整个集成电路产业的发展。    
本发明是利用共面波导上传输的微波功率对翘板式MEMS双端悬臂梁的其中一端的吸引导致梁的偏转，在另一端施加对应大小的等效电压来平衡翘板，通过SOC电路对等效电压进行智能补偿和测量，获取微波功率对应的等效电压的大小，最终测得共面波导上传输的微波功率。 
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、避免引入寄生电容，微波性能优异；2、结构简单，灵敏度高；3、具有很宽的工作频率范围；4、通过平衡电压的测量实现直流信号的读取，且测量精度可由SOC电路的优化加以提高；5、制作工艺与Si或GaAs工艺兼容。
现有技术通过检测MEMS膜结构与微波传输线之间的电容变化量实现微波功率的测量，而本发明是通过在翘板式双端悬臂梁的一端放置驱动电极施加平衡电压实现微波功率的测量。本发明的传感器可以提高功率传感器的灵敏度和智能化，并降低了器件的反射系数，实现了原有微波信号的最优化传输。翘板式智能检测微波功率传感器结构为真正实现基于MEMS技术的功率测量结构在集成电路中的产业化应用提供了支持和保证。
本发明通过翘板式双端悬臂梁的一端感应微波功率，通过另一端施加平衡电压来保持翘板的平衡，最大程度地减小功率传感结构对器件反射系数的影响，保证微波信号的良好传输性能，同时通过SOC电路实现电压调节和测量的智能化。      
长期以来由于基于MEMS技术的微波功率传感器结构的特殊性，对该类器件的研究开发仅局限于科研领域。基于MEMS结构的微波功率传感器应用于集成电路的大规模生产存在着与主流工艺不兼容、可重复性差、生产成本高等一系列障碍。本发明中的翘板式智能检测微波功率传感器结构，突破了传统的热偶结构的热电功率传感器和工艺的思维限制，寻找到了基于Si或GaAs工艺的实现方法，兼容性和可重复性都有较大的提高。同时，翘板式智能检测微波功率传感器结构具有结构简单、频率范围宽、微波性能好、灵敏度高、线性度好、智能化等优点。
 
附图说明
图1是翘板式智能检测微波功率传感器结构示意图。
图中有： GaAs或Si衬底1，共面波导2，共面波导地线21，翘板式双端悬臂梁3，传感电极4，驱动电极5，SOC电路6。
 
具体实施方式
本发明的翘板式智能检测微波功率传感器以GaAs或Si材质作为衬底1，在衬底1上设有共面波导2、传感电极4、驱动电极5和SOC电路6，共面波导2由共面波导第一地线21、共面波导信号线22和共面波导第二地线23构成。在共面波导第二地线23上连接一条与共面波导2相垂直的翘板式双端悬臂梁3，该翘板式双端悬臂梁3的一端悬空于共面波导信号线22的上方，在翘板式双端悬臂梁3的另一端部的下方放置有一个传感电极4和一个驱动电极5，驱动电极5的另一边是电压智能补偿和测量SOC电路6。该微波功率传感器通过双端悬臂梁3的一端感应在共面波导2上传输的微波信号功率水平并产生位移，双端悬臂梁3的另一端与传感电极4构成感应电容结构，双臂悬臂梁由于感应共面波导2上传输的微波信号功率水平产生的位移会导致双端悬臂梁3的另一端与传感电极4构成感应电容的容值变化，测量SOC电路6检测到感应电容的变化并施加平衡电压，使得双端悬臂梁在水平方向保持平衡，通过检测此施加平衡电压的大小来测量微波信号的功率水平。
翘板式智能检测微波功率传感器的制作工艺与标准Si工艺或GaAs工艺完全兼容。
翘板式智能检测微波功率传感器结构不同于以往的基于MEMS技术的在线式微波功率传感器，该结构利用翘板式双端悬臂梁的其中一端感应共面波导上传输的微波信号，在另一端通过SOC电路模块智能补偿和施加电压来使翘板在水平方向保持平衡，将微波功率的变化转化为电压的变化。相比而言，翘板式智能检测微波功率传感器具有以下主要特点：一、翘板式悬臂梁结构对微波信号更加敏感，且悬臂梁自由端感应微波信号产生位移较之传统的MEMS膜或者单端悬臂梁更大，因此可以提高灵敏度；二、通过在翘板的另一端施加电压使翘板保持平衡的方式，减小由于翘板在微波信号线上引入的寄生电容造成的原有微波信号传输性能的劣化；三、通过SOC电路对施加的等效电压的变化进行智能补偿，测试精度可以通过对SOC电路的优化来进一步提高；四、整个微波功率传感器的制作无需特殊的材料并且与Si或GaAs工艺完全兼容。除此以外，翘板式智能检测微波功率传感器为功率传感器件的小型化、智能化、集成化提供了基础和保证，同时为进一步在线精确测量微波功率提供了支持。
区分是否为该结构的标准如下：
（a）采用共面波导传输功率，
（b）通过翘板式双端悬臂梁放置在共面波导上方，
（c）在双端悬臂梁一个自由端下方放置有传感电极和驱动电极，
（d）通过SOC电路实现电压参数的自动调节。
满足以上四个条件的结构即应视为该翘板式智能检测微波功率传感器的结构。

Claims (3)

1.一种翘板式智能检测微波功率传感器，其特征在于，该传感器包括GaAs或Si材质的衬底（1）、在所述衬底（1）上依次排列设置的共面波导第一地线（21）、共面波导信号线（22）、共面波导第二地线（23）、传感电极（4）、驱动电极（5）和SOC电路（6），以及设置在所述共面波导第二地线（23）上并与共面波导（2）垂直的翘板式双端悬臂梁（3），所述翘板式双端悬臂梁（3）的中部下侧与共面波导第二地线（23）连接，一端悬空设置于共面波导信号线（22）的上方，另一端悬空设置于传感电极（4）和驱动电极（5）的上方，所述SOC电路通过导线分别与共面波导第二地线（23）、传感电极（4）和驱动电极（5）连接。
2.根据权利要求1所述的翘板式智能检测微波功率传感器，其特征在于，所述翘板式双端悬臂梁（3）的一端与其下方的传感电极（4）构成感应电容结构。
3.根据权利要求1所述的翘板式智能检测微波功率传感器，其特征在于，所述翘板式双端悬臂梁（3）通过SOC电路（6）测量感应电容值，并通过施加平衡电压保持翘板式双端悬臂梁（3）的平衡。
CN201310185123.2A 2013-05-20 2013-05-20 一种翘板式智能检测微波功率传感器 Expired - Fee Related CN103257268B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310185123.2A CN103257268B (zh) 2013-05-20 2013-05-20 一种翘板式智能检测微波功率传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310185123.2A CN103257268B (zh) 2013-05-20 2013-05-20 一种翘板式智能检测微波功率传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103257268A true CN103257268A (zh) 2013-08-21
CN103257268B CN103257268B (zh) 2015-06-03

Family

ID=48961299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310185123.2A Expired - Fee Related CN103257268B (zh) 2013-05-20 2013-05-20 一种翘板式智能检测微波功率传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103257268B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107632193A (zh) * 2017-09-28 2018-01-26 东南大学 一种基于超材料结构的微波功率传感器
CN109270340A (zh) * 2018-12-06 2019-01-25 南京邮电大学 一种扩容的翘板式微波功率传感器
CN110568256A (zh) * 2019-10-16 2019-12-13 南京邮电大学 基于双层梁结构的在线式微波功率传感器及其使用方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050275397A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Power Measurement, Ltd. Non-intrusive power monitor
WO2006107972A2 (en) * 2005-04-05 2006-10-12 Cornell Research Foundation, Inc. Permittivity based detection of immunobiological specific bindings in a capacitive cell of coplanar waveguide or microstrip layout using a microwave
CN1858601A (zh) * 2006-06-09 2006-11-08 东南大学 电容式微波功率传感器
EP0971227B1 (en) * 1998-05-22 2009-11-25 National Research Development Corporation Process for moisture measurement
US20110169592A1 (en) * 2010-01-13 2011-07-14 Tegam, Inc. Planar-Axial Thermistor for Bolometry
CN102375090A (zh) * 2011-09-22 2012-03-14 东南大学 微机械悬臂梁开关在线式微波功率检测器及制备方法
CN102735928A (zh) * 2012-06-20 2012-10-17 东南大学 基于微机械砷化镓基的悬臂梁频率检测器及检测方法
CN103048540A (zh) * 2013-01-18 2013-04-17 东南大学 基于悬臂梁和直接式功率传感器的在线式微波频率检测器及其检测方法
CN103105531A (zh) * 2013-01-18 2013-05-15 东南大学 微电子机械在线式微波频率检测器及其检测方法
CN203275512U (zh) * 2013-05-20 2013-11-06 东南大学 智能检测微波功率传感器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0971227B1 (en) * 1998-05-22 2009-11-25 National Research Development Corporation Process for moisture measurement
US20050275397A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Power Measurement, Ltd. Non-intrusive power monitor
WO2006107972A2 (en) * 2005-04-05 2006-10-12 Cornell Research Foundation, Inc. Permittivity based detection of immunobiological specific bindings in a capacitive cell of coplanar waveguide or microstrip layout using a microwave
WO2006107972A3 (en) * 2005-04-05 2006-12-07 Cornell Res Foundation Inc Permittivity based detection of immunobiological specific bindings in a capacitive cell of coplanar waveguide or microstrip layout using a microwave
CN1858601A (zh) * 2006-06-09 2006-11-08 东南大学 电容式微波功率传感器
US20110169592A1 (en) * 2010-01-13 2011-07-14 Tegam, Inc. Planar-Axial Thermistor for Bolometry
CN102375090A (zh) * 2011-09-22 2012-03-14 东南大学 微机械悬臂梁开关在线式微波功率检测器及制备方法
CN102735928A (zh) * 2012-06-20 2012-10-17 东南大学 基于微机械砷化镓基的悬臂梁频率检测器及检测方法
CN103048540A (zh) * 2013-01-18 2013-04-17 东南大学 基于悬臂梁和直接式功率传感器的在线式微波频率检测器及其检测方法
CN103105531A (zh) * 2013-01-18 2013-05-15 东南大学 微电子机械在线式微波频率检测器及其检测方法
CN203275512U (zh) * 2013-05-20 2013-11-06 东南大学 智能检测微波功率传感器

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107632193A (zh) * 2017-09-28 2018-01-26 东南大学 一种基于超材料结构的微波功率传感器
CN107632193B (zh) * 2017-09-28 2019-05-07 东南大学 一种基于超材料结构的微波功率传感器
CN109270340A (zh) * 2018-12-06 2019-01-25 南京邮电大学 一种扩容的翘板式微波功率传感器
CN109270340B (zh) * 2018-12-06 2023-09-15 南京邮电大学 一种扩容的翘板式微波功率传感器
CN110568256A (zh) * 2019-10-16 2019-12-13 南京邮电大学 基于双层梁结构的在线式微波功率传感器及其使用方法
CN110568256B (zh) * 2019-10-16 2021-09-28 南京邮电大学 基于双层梁结构的在线式微波功率传感器及其使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103257268B (zh) 2015-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1858601B (zh) 电容式微波功率传感器
CN103278681B (zh) 一种多悬臂梁结构微波功率传感器
CN101832830B (zh) 一种齐平封装的耐高温高频响压力传感器
CN2924545Y (zh) 电容式微波功率传感器
CN203275512U (zh) 智能检测微波功率传感器
CN104535228B (zh) 一种无上下互连电极的lc无线无源压力传感器
CN203365045U (zh) 一种微电子机械系统的电容式气压传感器
CN113671247B (zh) 一种基于pt对称电路的在线式微波功率传感器
CN103257268B (zh) 一种翘板式智能检测微波功率传感器
CN106772133A (zh) 一种基于微纳光纤的空间磁场传感器及其制作方法
CN101614664B (zh) 基于y型光纤的天然橡胶干胶含量测量系统
CN208905040U (zh) 一种手机
CN106199173A (zh) 基于悬臂梁级联结构的高精度微波功率检测系统及方法
CN103217228B (zh) 一种基于cmut的温度传感器及制备和应用方法
CN109709386B (zh) 三通道微波功率传感器
CN107769850A (zh) 一种基于mcu的多通道光模块自动测试装置及方法
CN109212327B (zh) 具有悬臂梁结构的高灵敏度微型电场传感器件
CN201060231Y (zh) 一种高精确度电流检测和温度在线检测装置
CN104678339B (zh) 一种用于探针式微波电压测量系统的校准装置、系统及方法
CN207850592U (zh) 一种多温度阶梯补偿压力变送器
CN103256964B (zh) 一种电容液位测量装置
CN102495082A (zh) 乙醇水溶液组分的微波在线检测装置及其检测方法
CN110568256B (zh) 基于双层梁结构的在线式微波功率传感器及其使用方法
CN103743947B (zh) 基于mems结构的线性电容式微波功率传感器
CN203241472U (zh) 多悬臂梁微波功率传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150603

Termination date: 20190520