CN103278681B - 一种多悬臂梁结构微波功率传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多悬臂梁结构微波功率传感器，包括衬底、设置在衬底上的微带线、悬臂梁锚区和多个压焊块，悬臂梁锚区和压焊块分别设置在微带线的两侧，微带线的上方设置有多条相互平行、悬空的悬臂梁，多条悬臂梁与微带线相垂直且长度不等，悬臂梁的一端设置在悬臂梁锚区上，另一端对应悬空在一个压焊快的上方。本发明利用微带线上传输的微波功率对不同长度悬臂梁的吸引导致梁的位移，通过检测平行放置的不同长度的悬臂梁与压焊快接触数目实现微带线上传输微波功率的测量，不仅可以提高功率传感器的灵敏度和简化结构，而且实现了数字化输出，控制了误差范围。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，涉及一种测量微带线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，国内外提出了三类基于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，该结构的原理是类似于数字式的微波功率测量，利用悬臂梁感应微带线上传输的微波信号产生位移，不同微波功率水平对应不同数目的悬臂梁。相比而言，本发明中的微波功率传感器具有以下主要特点：一、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MEMS膜更大，因此可以提高灵敏度；二、悬臂梁结构几乎不消耗微波功率；三、悬臂梁结构更易于压焊块的引出；四、可以将微波功率这一模拟量近似转化为数字量，并且可以确定微波功率测量的误差范围。
基于以上多悬臂梁结构微波功率传感器结构的特点，很明显的可以看出本发明与其它在线式微波功率传感器相比提高了性能，结构更加简单，数字化，误差可控，并具有体积小、与Si或GaAs MMIC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，多悬臂梁结构微波功率传感器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：本发明的目的是提供一种可以获得类似于数字式的输出，提高功率传感器的灵敏度和简化结构的多悬臂梁结构微波功率传感器。
技术方案：本发明的多悬臂梁结构微波功率传感器，包括GaAs或Si材质的衬底、设置在衬底上的微带线、悬臂梁锚区和多个压焊块，悬臂梁锚区和压焊块分别设置在微带线的两侧，微带线的上方设置有多条相互平行、悬空的悬臂梁，多条悬臂梁与微带线相垂直且长度不等，悬臂梁的一端设置在悬臂梁锚区上，另一端对应悬空在一个压焊快的上方。
本发明的微波功率传感器中，这些悬臂梁悬空于微带线的上方感应微波功率并产生弯曲，在悬臂梁自由端下方放置接触用压焊块，通过检测悬臂梁与压焊块是否接触实现微波功率的测量。因为不同长度的悬臂梁对应弯曲直至与压焊块接触所需要的微波功率水平不同，长度越长，所需力越小，对应微波功率越小。根据悬臂梁接触的数目，即可确定出微波功率在某两个数值之间，如此可以实现模拟量到数字量的转化。
整个技术方案中需要注意一些问题，其中包括：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高度以便在灵敏度和反射系数之间做一折中。
本发明利用微带线上传输的微波功率对MEMS悬臂梁的吸引导致梁的位移，通过测量平行摆放的悬臂梁与压焊块接触数目，测量微带线上传输的微波功率。应用本发明中的多悬臂梁结构微波功率传感器可以实现功率测量结构在集成电路中的产业化应用。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、实现了类似于数字式的微波功率的输出，误差范围可控；2、结构简单，灵敏度高；3、几乎不需要消耗任何微波功率；4、具有很宽的工作频率范围；5、制作工艺与Si或GaAs工艺完全兼容。
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。本发明中的多悬臂梁结构微波功率传感器，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，多悬臂梁结构微波功率传感器具有结构简单、数字化输出、频率范围宽、灵敏度高、线性度好、可测量较小功率，误差范围可确定等优点。本发明多悬臂梁结构微波功率传感器为真正实现基于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。
附图说明
图1是多悬臂梁结构微波功率传感器示意图。
图中有：衬底1，微带线2，悬臂梁锚区21，悬臂梁3，压焊快4。
具体实施方式
本发明的多悬臂梁结构微波功率传感器以GaAs或Si材质为衬底1，在衬底1上设有微带线2，在悬臂梁锚区21上连接若干条相互平行、不同长度且与微带线2相垂直的悬臂梁3，这组悬臂梁3悬空于微带线2的上方，在悬臂梁3的自由端下方放置有压焊快4。
多悬臂梁结构微波功率传感器的制作工艺与标准Si工艺或GaAs工艺兼容。
多悬臂梁结构微波功率传感器不同于以往的基于MEMS技术的在线式微波功率传感器，该结构利用悬空于微带线上方的不同长度悬臂梁感应微波功率并产生位移，在悬臂梁自由端下方放置接触用压焊块，通过检测悬臂梁与压焊块是否接触实现微波功率的测量。因为不同长度的悬臂梁对应弯曲直至与压焊块接触所需要的微波功率水平不同，长度越长，所需力越小，对应微波功率越小。根据悬臂梁接触的数目，即可确定出微波功率在某两个数值之间，如此可以实现模拟量到数字量的转化。多悬臂梁结构微波功率传感器具有以下主要特征：一、多悬臂梁结构简单，能够实现类似于数字化输出，误差范围可确定；二、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MEMS膜更大，因此灵敏度较高；三、悬臂梁结构几乎不消耗微波功率；四、悬臂梁结构更易于压焊块的引出；五、多悬臂梁结构微波功率传感器的制作工艺与Si或GaAs工艺完全兼容。除此以外，多悬臂梁结构微波功率传感器为功率传感器件尺寸的缩小和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）采用若干条平行、不同长度且与微带线相垂直的悬臂梁，并且悬臂梁放置在微带线上方，
（b）在悬臂梁自由端下方放置有压焊快。
满足以上两个条件的结构即应视为该多悬臂梁结构微波功率传感器。
Claims (1)
1.一种多悬臂梁结构微波功率传感器，其特征在于，该传感器包括GaAs或Si材质的衬底（1）、设置在所述衬底（1）上的微带线（2）、悬臂梁锚区（21）和多个压焊块（4），所述悬臂梁锚区（21）和压焊块（4）分别设置在微带线（2）的两侧，微带线（2）的上方设置有多条相互平行、悬空的悬臂梁（3），多条悬臂梁（3）与微带线（2）相垂直且长度不等，悬臂梁（3）的一端设置在悬臂梁锚区（21）上，另一端对应悬空在一个压焊块（4）的上方。
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