DE102007041125B3

DE102007041125B3 - Sensor, Verfahren zum Erfassen, Messvorrichtung, Verfahren zum Messen, Filterkomponente, Verfahren zum Anpassen eines Transferverhaltens einer Filterkomponente, Betätigungssystem und Verfahren zum Steuern eines Betätigungsglieds unter Verwendung eines Sensors

Info

Publication number: DE102007041125B3
Application number: DE200710041125
Authority: DE
Inventors: Joodaki Mojtaba
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-31

Abstract

Es wird ein Sensor zum Erfassen einer Messgröße beschrieben, wobei der Sensor einen koplanaren Wellenleiter mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; eine erste Struktur mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, umfasst, wobei eine Einheitszelle der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass der Sensor bei zumindest einem Transferminimum ein frequenzabhängiges Transferverhalten aufweist, und wobei der Sensor derart implementiert ist, dass die Messgröße die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur oder eine Beziehung zwischen einer solchen ersten Struktur und zweiten Struktur beeinflusst.

Description

Hintergrund
Elektrische Sensoren sind in der Industrie und in der Forschung sehr üblich, beispielsweise für Positionsmessungen, Entfernungsmessungen, Winkelmessungen und Beschleunigungsmessungen, oder als Gas- und Fluidsensoren für. Wichtige Faktoren bei der Auswahl eines integrierten Sensors sind: zuverlässige Messergebnisse, Genauigkeit, Auflösung, Lebensdauer, Kosten und Kompatibilität mit Siliziumtechnologie und der elektronischen Industrie.
Die Veröffentlichung EP 1 760 035 A2 beschreibt eine mikromechanische Struktur, die bewegbare Elemente aufweist. Die mikromechanischen Strukturen weisen eine Vorrichtung zum Koppeln derartiger bewegbarer Elemente zu anderen Strukturen eines mikroelektromechanischen Systems (MEMOS) auf. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Kopplungsvorrichtung, um das bewegbare Element an die feste Struktur zu koppeln, und zumindest eine flexible Vorrichtung um eine unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem beweglichen Element und der anderen Struktur in eine Richtung, die senkrecht zu der charakteristischen Bewegung des beweglichen Elements ist, zu ermöglichen.
Die internationale Veröffentlichung WO 00/22692 beschreibt eine Mikrowellenvorrichtung in Form eines Schmalpassband-Hohlleiter-Filters, der einen röhrenartigen, rechteckigen Hohlleiter-Querschnitt aufweist. In dem Hohlleiter sind die lektrische Brammen, die periodische Feldstrukturen bilden, voneinander beabstandet angeordnet, um einen Resonanzhohlraum zu bilden. Die dielektrischen Brammen haben eine Dicke, die λ/4 in dem dielektrischen Medium entsprechen, wobei λ die gewählte Mittenfrequenz des Passbandes des Filters ist, und die Zwischenräume zwischen den dielektrischen Brammen λ/4 in der Luft entsprechen. Der Abstand zwischen den periodischen Feldstrukturen beträgt λ/2 in Luft, um einen Hohlraum-Resonator zu bilden. Diese Anordnung bildet eine Bandpass-Vorrichtung, wohingegen die individuellen periodischen Feldstrukturen andernfalls Bandstopp-Vorrichtungen wären.
Die Offenlegungsschrift DE 195 03 641 A1 beschreibt eine Schichtstruktur mit einer Silizid-Schicht, bei der diese auf einer Silizium-haltigen Oberfläche gebildet wird. Dabei wird wenigstens ein Teil der Silizid-Schicht gegenüber dem verbleibenden Teil der Silizid-Schicht in einer zur Schichtebene dieses Teils senkrechten Richtung versetzt angeordnet. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche elektronische Bauelemente mit einer solchen Schichtstruktur realisieren.
Die Veröffentlichung EP 1 434 299 A1 beschreibt einen Mikrowellenfilter mit adaptiver Vorverzerrung. Dabei hat der relativ vorverzerrte Filter eine Übertragungsfunktion, die Leistungskriteria erfüllt, die zumindest für eine Eigenschaft des Filters definiert sind. Die Übertragungsfunktion wird erhalten durch adaptives Vorverzerren der Übertragungsfunktionspole, um die Leistungskriterien zu erfüllen, so dass zumindest einer der Pole um einen einzigartigen Betrag verschoben wird.
Zusammenfassung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Sensor zum Erfassen einer Messgröße einen koplanaren Wellenleiter (coplanar waveguide, CPW), der eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche umfasst; eine erste Struktur mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, wobei eine Einheitszelle der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass der Sensor ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum aufweist, und wobei der Sensor derart implementiert ist, dass die Messgröße die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur beeinflusst.
Ausführungsbeispiele des Sensors basieren auf elektromagnetischen Bandabstandsstrukturen (EBG – electromagnetic band-gap structures), sind mit Siliziumtechnologie kompatibel und/oder können als mikroelektromechanische Bauelemente (MEM-Bauelemente, MEM = micro electromechanical) implementiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Filterkomponente einen koplanaren Wellenleiter, der eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche umfasst; eine erste Struktur mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, wobei eine Einheitszelle der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristi ka bemessen ist, dass eine solche Filterkomponente ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum aufweist; und eine Filtersteuerung, die dahin gehend implementiert ist, die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur derart anzupassen, dass die Filterkomponente ein vorbestimmtes Transferverhalten aufweist.
Ausführungsbeispiele der Filterkomponente basieren auf elektromagnetischen Bandabstandsstrukturen (EBG – electromagnetic band-gap structures), liefern eine Filterkomponente mit einem anpassbaren Transferverhalten, sind mit Siliziumtechnologie kompatibel und/oder können als mikroelektromechanische Bauelemente vorgesehen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Hiernach werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1A–1E zeigen Schritte einer Herstellung einer gesonderten Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels eines Sensors oder einer Filterkomponente als eindimensionale elektromagnetische Bandabstandsstruktur;
2A–2E zeigen Schritte einer Flip-Chip-Integration eines Ausführungsbeispiels eines Sensors oder einer Filterkomponente gemäß 1E in auf Silizium basierende Technologien;
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors oder einer Filterkomponente als Mikrohohlraum, der in eine auf Silizium basierende Technologie integriert ist, wie in 2E gezeigt ist.
4A zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel gemäß 2E in einem normalen oder linearen Entwurf;
4B zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Sensors oder einer Filterkomponente in einem mäanderförmigen Entwurf;
5A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sensors zur Positions- oder Entfernungsmessung bei einer Nullverschiebung;
5B zeigt ein Diagramm für S-Parameter für den Positionssensor gemäß 5A bei einer Nullverschiebung;
5C zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sensors gemäß 5A bei einer Verschiebung von 0,8 mm;
5D zeigt ein Diagramm einer Durchlassverstärkung S21 eines Ausführungsbeispiels gemäß 5A und 5C für unterschiedliche Verschiebungen;
5E zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Sensors zum Messen einer elektrischen Position oder Entfernung;
5F zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel gemäß 5E;
5G zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sensors mit einem Mäanderentwurf des koplanaren Wellenleiters bei einer Nullverschiebung;
5H zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sensors gemäß 5G mit Luftbrücken an den Biegungen der Mäanderstruktur des koplanaren Wellenleiters;
5I zeigt ein Diagramm einer Durchlassverstärkung S21 bei einer Nullverschiebung für ein Ausführungsbeispiel eines Sensors mit einem geraden oder linearen koplanaren Wellenleiter, für ein Ausführungsbeispiel mit einem mäanderförmigen koplanaren Wellenleiter ohne Luftbrücken und für ein Ausführungsbeispiel eines Sensors mit mäanderförmigen koplanaren Wellenleitern und Luftbrücken an den Biegungen der koplanaren Wellenleiter;
6 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Sensors für Messungen einer lateralen Verschiebung mit einer Einrichtung zum Wiederherstellen;
7 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Sensors mit einem Betätigungsglied;
8A zeigt eine Draufsicht auf einen Sensor zum Messen von Winkeln mit einer ersten oder oberen kreisförmigen Struktur mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik oben auf einer zweiten kreisförmigen Struktur mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik und einem kreisförmigen koplanaren Wellenleiter zwischen der ersten und der zweiten Struktur;
8B zeigt die zweite oder untere Struktur gemäß 8A mit der zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik und einem koplanaren Wellenleiter mit einer kreisförmigen Struktur, der darauf angeordnet ist;
9A zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Sensors zum Messen oder Erfassen eines Gases oder Fluids;
9B zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erfassen einer Messgröße unter Verwendung eines Sensors.
10A zeigt ein Blockdiagramm einer Messvorrichtung mit einem Sensor und einer Messeinrichtung;
10B zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Messen einer Messgröße unter Verwendung eines Sensors.
11A zeigt ein Konzept eines Ausführungsbeispiels einer Filterkomponente;
11B zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Filterkomponente mit einem Aktor zum Anpassen des Transferverhaltens der Filterkomponente;
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Einstellen eines Transferverhaltens einer Filterkomponente;
13 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Betätigungssystems;
14 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Steuern einer Betätigungssystems unter Verwendung eines Sensors.
Im Folgenden sind gleiche oder ähnliche Objekte mit gleichen oder ähnlichen funktionellen Eigenschaften mit denselben Bezugszeichen benannt.
Bevor die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Sensoren und/oder Filterkomponenten erörtert werden, wird zum besseren Verständnis der Ausführungsbeispiele eine kurze Übersicht über die Elektromagnetischer-Bandabstand-Technologie geliefert. Es werden Ausführungsbeispiele einer neuen Hochfrequenz(HF)- und/oder Mikrowellen-Elektromagnetische-Bandabstandsstruktur zur Verwendung als Sensor und/oder anpassbare Filterkomponente beschrieben, die die zuvor erwähnten Kriterien von zuverlässigen Messergebnissen, Genauigkeit, Auflösung, Lebensdauer, Kosten und Kompatibilität mit Siliziumtechnologie und der elektronischen Industrie erfüllen. Der dreidimensionale elektromagnetische Vollwellensimulator HFSS von ANSOFT Inc wurde dazu verwendet, die Leistungsfähigkeit des Sensors und/oder der Filterkomponente im Detail vorherzusagen und zu analysieren.
Im Folgenden werden ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels eines Bauele ments oder einer Struktur sowie das Grundprinzip der Struktur beschrieben. Man sollte beachten, dass Ausführungsbeispiele des Bauelements oder der Struktur als Sensor oder Filterkomponente verwendet werden können, oder dass, mit anderen Worten, Ausführungsbeispiele des Sensors und der Filterkomponente dieselbe Grundstruktur verwenden.
Ausführungsbeispiele der elektromagnetischen Bandabstandsstruktur umfassen beispielsweise einen koplanaren Wellenleiter mit einem periodischen Silizium/Luft-Substrat, was zu einer eindimensionalen (10) elektromagnetischen Bandabstandsstruktur führt, die mit Siliziumtechnologien auf planarer Basis kompatibel ist. Ausführungsbeispiele der Struktur können beispielsweise als Hochfrequenz-/Mikrowellen-Positionssensor verwendet werden. Normalerweise benötigen elektromagnetische Bandabstandsstrukturen mehrere Perioden einer künstlichen primitiven Zelle des elektromagnetischen Kristalls, was gleich der Hälfte des Wellenlängensignals ist. Dies führt zu großen Abmessungen von verwirklichten Ausführungsbeispielen der Bauelemente. Da der koplanare Wellenleiter die elektromagnetische Welle überträgt und ohne weiteres zu einer Mäanderform strukturiert sein kann, können Ausführungsbeispiele mit mäanderförmigen koplanaren Wellenleitern dazu verwendet werden, die Abmessungen der Ausführungsbeispiele der Bauelemente drastisch zu verringern.
1A bis 1E zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsprozesses für eine gesonderte Verwirklichung einer eindimensionalen elektromagnetischen Bandabstandsstruktur. Es gibt zwei Verfahren, die für diesen Herstellungsprozess zum Ätzen der vertikalen und tiefen Strukturen mit einem hohen Seitenverhältnis in ein Siliziumsubstrat geeignet sind. Das erste standardmäßige Verfahren ist ein anisotropes Ätzen von Silizium mit (110)-Orientierung-KOH oder anderen Lösungen, das andere ist das Verfahren hochentwickelten Siliziumätzens (ASE – advanced silicon etching). Das hochentwickelte Siliziumätzen ist schneller und kann für Siliziumwafer mit ver schiedenen Orientierungen verwendet werden, benötigt jedoch teure Instrumente, um das Plasmaätzen durchzuführen.
Bei einem ersten Schritt eines Ausführungsbeispiels des Herstellungsprozesses wird eine dünne Schicht 104 aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid, die etwa 300 nm dick ist, mit einer (110)-Orientierung auf zwei Siliziumsubstrate oder Siliziumwafer 102 aufgebracht, falls das KOH-Silizium-Nassätzen verwendet wird. Dann wird eine standardmäßige Metallisierung verwendet, um einen koplanaren Endliche-Masse-Wellenleiter 106 oder eine Wellenleitermetallisierung 106 zu bilden. Das Ergebnis ist ein koplanarer Wellenleiter 106 auf einem Siliziumsubstrat 102, wobei eine dünne Schicht aus Siliziumnitrid 104 dazwischen liegt, wie in 1A (Querschnittsansicht des Ergebnisses) gezeigt ist. 1B zeigt eine Draufsicht auf die Struktur gemäß 1A.
Eine Siliziumnitridschicht wird auf beide Seiten des Wafers 102 aufgebracht und auf beiden Seiten des Wafers strukturiert, und es wird das vertikale Tief-Silizium-Ätzen durchgeführt. Ein weiterer alternativer Lösungsansatz besteht darin, koplanare Wellenleiter lediglich auf einem Wafer 102 herzustellen und ihn mit einer dünnen Schicht aus Siliziumdioxid 104 zu bedecken, und ein Wafer 102' wird auf den anderen 102 platziert, um die in 1C bis 1E dargestellte abschließende Struktur zu erreichen. Beispielsweise zeigt 1C das Ergebnis, nachdem ein zweiter Wafer 102' auf den anderen platziert wurde, wobei eine Struktur eines Substrats 102 an dem unteren Ende, einer Siliziumnitridschicht 104, eines koplanaren Wellenleiters 106 auf der unteren Siliziumnitridschicht 104, einer oberen Siliziumnitridschicht 104' auf dem koplanaren Wellenleiter 106 und eines oberen Substrats 102' auf der oberen Siliziumnitridschicht 104' gebildet wird.
1D zeigt die resultierende Struktur, nachdem ein vertikales Tief-Silizium-Ätzen durchgeführt wurde, um eine periodische Struktur des Substrats 102, 102' und von Löchern 108, d. h. Luft 108, zu erzeugen. Die periodische Struktur ist für das obere Substrat 102' und das untere Substrat 102 dieselbe. Die Siliziumnitridschicht 104, 104' über/unter der Metallisierung 106 schützt das Metall, beispielsweise Aluminium, vor dem Ätzmittel, z. B. KOH. Auf beiden Wafern 102, 102' können einfache Anzeigestrukturen verwendet werden, um das Ende des Ätzprozesses anzuzeigen. Nach dem Entfernen des Siliziumnitrids 104, 104' und einem Ritzen der Wafer erfolgt die diskrete Verwirklichung des Bauelements, siehe 1E. Das oben strukturierte Siliziumstück 102' kann sich beispielsweise auf dem darunter liegenden ähnlichen Siliziumstück 102 ohne weiteres hin- und herbewegen.
Alternativ dazu sind andere Ausführungsbeispiele zum Erzeugen beispielsweise eines bewegbaren oben strukturierten Siliziumstücks 102' möglich, wobei beispielsweise ein sehr dünner Luftzwischenraum zwischen dem bewegbaren oben strukturieren Teil 102' und feststehenden Teilen wie dem koplanaren Wellenleiter und dem unteren strukturierten Teil 102 belassen wird.
Im Folgenden wird zwischen zwei Ausführungsbeispielen der Bauelemente unterschieden. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel 100 kann sich das oben strukturierte Siliziumstück 102' oder die obere Struktur 102' auf dem unteren strukturierten Siliziumstück 102 oder der unteren Struktur 102 ohne weiteres hin- und herbewegen. Deshalb kann das erste Ausführungsbeispiel 100 auch als erste Bauelementstruktur 100 oder als Ausführungsbeispiel mit einer bewegbaren ersten Struktur 102' bezeichnet werden. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel 100' ist die obere Struktur 102' bezüglich der unteren Struktur 102 in einer Position fixiert, wie in 1E gezeigt ist. Deshalb kann das zweite Ausführungsbeispiel 100' auch als zweite Bauelementstruktur 100' oder als Ausführungsbeispiel mit einer feststehenden ersten Struktur 102' bezeichnet werden.
Beide Ausführungsbeispiele 100 und 100' sind in 1E gezeigt. Beide Ausführungsbeispiele 100, 100' der Struktur können dazu verwendet werden, den Sensor der die Filterkomponente als Grundstruktur von Ausführungsbeispielen eines Sensors und einer Filterkomponente zu implementieren, sind identisch. Somit gelten Merkmale und Charakteristika der erläuterten Ausführungsbeispiele eines Sensors auch für die Ausführungsbeispiele einer Filterkomponente und umgekehrt, wenn nichts anderes angegeben ist.
2A bis 2E veranschaulichen und Ausführungsbeispiel einer Flip-Chip-Integration eines Ausführungsbeispiels einer Sensor/Filterkomponente in auf Silizium basierende Technologien. Die Hauptstruktur 200, in die das Ausführungsbeispiel der Sensor/Filterkomponente 100 integriert ist, kann unter Verwendung des vorstehenden Verfahrens hergestellt werden, und das Substratmaterial zum Erzeugen des Hohlraums 208 in dem Hauptwafer 200 kann unter Verwendung eines standardmäßigen KOH-Nassätzens oder von ASE beseitigt werden. Da eine Orientierung des für standardmäßige Siliziumtechnologien verwendeten Siliziumsubstrats 200 (100) ist, falls eine vertikale Struktur bevorzugt ist, sollte hochentwickeltes Siliziumätzen (ASE – advanced silicon etching) verwendet werden. Die Hauptstruktur 200 kann auch als Hauptsubstrat 200 oder als Hauptbauelement 200 bezeichnet werden.
2A zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels des Hauptbauelements 200 zum Einbetten oder Integrieren des Bauelements 100, 100', wobei das Hauptbauelement ein Hauptsubstrat 202, einen koplanaren Wellenleiter 206 des Hauptbauelements 200 und den Hohlraum 208 umfasst. 2B zeigt eine Draufsicht auf das Hauptbauelement 200.
2C zeigt einen Querschnitt von Ausführungsbeispielen 100, 100', wobei ein Rahmen 212 die erste Struktur 102' umgibt. Eine Einrichtung wie ein Rahmen 212 kann beispielsweise bei Ausführungsbeispielen 100 mit einer bewegbaren ersten Struktur zum Halten der Fauststruktur 102' verwendet werden. Die obere und die untere Siliziumnitridschicht 104, 104' der 1E sind nicht gezeigt.
2D zeigt eine Draufsicht von Ausführungsbeispielen einer Sensor/Filterkomponente 100, 100' gemäß 2C, wobei der Rahmen 212 die periodische Struktur eines Substratmaterials und von Löchern hält. Bezugszeichen 214 beziehen sich auf die Zwischenräume zwischen der Signalmetallisierung 106' in der Mitte der Koplanarer-Wellenleiter-Metallisierung 106 und die zwei Massemetallisierungen 106'' der Koplanarer-Wellenleiter-Metallisierung 106 auf beiden Seiten der Signalmetallisierung 106'.
Der letzte Schritt ist lediglich das Flip-Chip-Anbringen des Bauelements 100, 100' an dem Hauptwafer 200. Der koplanare Wellenleiter 106 des Bauelements 100, 100' ist beispielsweise mittels Lötkontakthügeln 216 mit dem koplanaren Wellenleiter 206 des Hauptbauelements 200 verbunden. Die resultierende Struktur, d. h. das in das Hauptbauelement 200 integrierte Bauelement 100, 100', ist in 2E gezeigt und kann als Sensor, Filter oder Mikrohohlraum für Mikrowellen- und Millimeterwellenanwendungen verwendet werden. Die Integration des Bauelements 100, 100' kann auch als Einbetten des Bauelements 100, 100' in das Hauptsubstrat 200 bezeichnet werden. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mikrohohlraumbauelements 300, 300', das den Ausführungsbeispielen der Bauelemente 100, 100' entspricht, mit Ausnahme einer beseitigten periodischen Zelle einer Sensor/Filter-Struktur 100, 100'.
Um ein Bauelement 100, 100', 300, 300' als Sensor, Filter oder Mikrohohlraum auf der Basis der zuvor erwähnten Technologie zu entwerfen, wird eine dreidimensionale Elektromagnetischer-Vektor-Analyse benötigt. Bezüglich einer sehr groben Annäherung an die Abmessung der Struktur und die Resonanzfrequenz der Struktur können die folgenden einfachen Berechnungen verwendet werden. Bezüglich einer eindimensionale- Schicht-Elektromagnetischer-Bandabstandsstruktur mit Dielektrizitätskonstanten von 1 für Luft und 13 für GaAs (was für Silizium nahe bei 11,8 liegt) kann die Länge einer Periode der Struktur (bei dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel Periode von Luft und Silizium) wie folgt berechnet werden:
a ≈ 0,6e8/f m oder a [mm] ≈ 6/f [GHz](1)
Somit wird für eine Resonanzfrequenz von 18 GHz eine Periode von 333 μm benötigt. Wie zuvor erwähnt wurde, kann jedoch eine neue Struktur oder ein neues Bauelement 100, 100', 300, 300' in einer Mäanderform hergestellt werden. Ein derartiges Bauelement kann auf einer Siliziumfläche von 1 mm² verwirklicht werden.
4A zeigt eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels des Bauelements 100, 100' mit einer „normalen" oder geraden Form, d. h. mit geraden koplanaren Wellenleitern 106, die in das Hauptsubstrat 200 integriert sind. Die koplanaren Wellenleiter 106 des Bauelements 100, 100' sind mittels einer Verbindung 216 mit den jeweiligen koplanaren Wellenleitern 206 des Hauptsubstrats 200 verbunden.
4A zeigt eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels 100, 100' des Bauelements. Die Verbindungen 216 auf der linken Seite bezüglich 4A bilden das Eingangsgatter für ein Gatter 1 112 des Bauelements 100, 100', und die Verbindungen 216 auf der rechten Seite bezüglich der 4A bilden das Ausgangsgatter oder ein Gatter 2 des Bauelements 100, 100'.
4B zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel 400, 400' des Bauelements, eines Sensors, einer Filterkomponente oder eines Mikrohohlraums, in einer Mäanderform, d. h. mit koplanaren Wellenleitern in einer Mäanderform.
Was die zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele 100, 100', 300, 300' betrifft, bezieht sich das Bezugszeichen 400 auf Ausfüh rungsbeispiele, bei denen die obere Struktur 102' bezüglich der unteren Struktur 102 bewegt werden kann, wohingegen sich das Bezugszeichen 400' auf Ausführungsbeispiele bezieht, bei denen die obere Struktur 102' bezüglich der unteren Struktur 102 feststehend ist.
Im Folgenden werden dreidimensionale elektromagnetische Berechnungen dazu verwendet, die Charakteristika von Ausführungsbeispielen des Bauelements (Sensor/Filterkomponente) vorauszusagen und die ordnungsgemäße Funktionsweise des Konzepts zu präsentieren. Die elektromagnetische Bandabstandsstruktur besteht aus zwei geätzten Siliziumstücken 102, 102', die aufeinander liegen. Bei Ausführungsbeispielen gemäß 2 bis 4, bei denen Flip-Chip-Technologie verwendet wird, wird das Siliziumstück 102 an dem unteren Ende durch die Flip-Chip-Kontakte fixiert, und das Siliziumstück an dem oberen Ende 100' ist bewegbar und ist beispielsweise derart verbunden, dass seine Verschiebung gemessen werden kann.
5A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen Bandabstandsstruktur 100 mit einem bewegbaren oberen Siliziumstück 102' bei einer Verschiebung von 0. Die Abmessungen des koplanaren Wellenleiters 106 sind derart gewählt, dass sie eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm aufweisen. 5A zeigt ein Tor 1 112 und ein Tor 2 114 und die elektromagnetische Bandabstandsstruktur, die eine erste Struktur 102' und eine zweite Struktur 102 aufweist, mit periodischen Zellen 532 oder Einheitszellen 532, die eine erste Periode von Silizium 534 und eine zweite Periode von Luft aufweisen. 5A zeigt ferner das Koordinatensystem (x, y, z).
5B zeigt ein Diagramm mit berechneten Streuparametern (S-Parametern) gegenüber der Frequenz: wobei S11 der Eingangstorreflexionskoeffizient, S12 der Umkehrgewinn, S21 die Durchlassverstärkung und S22 der Ausgangstorreflexionskoeffizient ist. Der Betrag von S11 wird auch als Rückflussdämpfung bezeichnet, wohingegen der Betrag von S21 auch als Einfügungsverlust bezeichnet wird. Da die Länge einer Periode 532 der Struktur bei diesem Ausführungsbeispiel 4 mm ist (eine Periode 532 der Struktur umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel eine Periode 536 von Luft von 2 mm und eine Periode 534 von Silizium von 2 mm), beträgt aus der Gleichung (1) die erste Resonanzfrequenz etwa 15 GHz, wie in 5B gezeigt ist.
5C zeigt das Ausführungsbeispiel eines Bauelements 100 (Sensor/Filterkomponente) gemäß 5A mit einer Verschiebung von 0,8 mm in der Richtung der x-Achse.
5D zeigt den berechneten Betrag von S21 des Ausführungsbeispiels einer Mikrowellen-Sensor/Filterkomponente für 0 mm 512, 0,4 mm 514, 0,8 mm 516, 1,2 mm 518, 1,6 mm 520 und 2,0 mm 522. Wie aus 5F hervorgeht, weist das Ausführungsbeispiel des Positionssensors mit einer nicht null betragenden Verschiebung, d. h. das bewegbare Teil 102' wird bewegt, im Vergleich zu einem Ausführungsbeispiel oder Zustand mit einer Nullverschiebung einen höheren Einfügungsverlust und eine niedrigere Rückflussdämpfung auf. Deshalb kann man beispielsweise ein Mikrowellenbezugssignal an das Eingangstor, Tor 1, anlegen und die Wandlerleistungsverstärkung von G_T = |S21|² als Indikator der Verschiebung verwenden.
Die simulierten Ergebnisse sagen aus, dass der Messbereich auf die Hälfte der Länge der Elektromagnetischer-Bandabstand-Einheitszelle, die bei diesem Ausführungsbeispiel 2 mm beträgt, begrenzt ist. Falls ein Referenzeingangssignal mit der zweiten Resonanzfrequenz verwendet wird, werden die Messbereiche auf die Hälfte des Messbereichs für die erste Resonanzfrequenz oder ein Viertel der Länge der Elektromagnetischer-Bandabstand-Einheitszelle, die bei diesem Beispiel 1 mm beträgt, reduziert.
5E zeigt einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Sensor/Filterkomponente, beispielsweise gemäß 2C. Das Ausführungsbeispiel einer Sensor/Filterkomponente 100 umfasst einen koplanaren Wellenleiter 116 mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, eine erste oder obere Struktur 112', die auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters 116 angeordnet ist, und die zweite oder untere Struktur 102, die auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist. Die erste Struktur 102' umfasst mehrere Einheitszellen 532, wobei jede Einheitszelle einen ersten Zellenteil 534 und einen zweiten Zellenteil 536 umfasst. Der erste Zellenteil 534 und der zweite Zellenteil 536 weisen unterschiedliche dielektrische Charakteristika auf. Mit anderen Worten umfasst der erste Zellenteil 534 ein erstes Material mit ersten dielektrischen Charakteristika, und der zweite Zellenteil 536 umfasst ein zweites Material mit zweiten dielektrischen Charakteristika, wobei sich die ersten und die zweiten dielektrischen Charakteristika voneinander unterscheiden und somit räumlich variieren. Der erste Zellenteil 534 weist eine Länge a₁ auf, wohingegen der zweite Zellenteil 536 eine Länge a₂ aufweist. Die Summe der ersten und der zweiten Länge a₂ definieren die Einheitszellenlänge a der Struktur 102, 102', d. h. a = a1 + a2.
Die erste Struktur 102' und die zweite Struktur 102 können auch als Sequenz oder Wiederholung derartiger Einheitszellen 532 beschrieben werden, wobei sie eine erste Struktur mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik und eine zweite Struktur mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik bilden. Die periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102 hängen von der ersten und der zweiten dielektrischen Charakteristik des ersten und des zweiten Zellenteils 534 und 536 und deren jeweiliger Länge, d. h. der ersten Zellenteillänge a₁ und der zweiten Zellenteillänge a₂, ab.
Auf Grund der periodischen Struktur wird die Einheitszelle 532 auch als „Periode" 532 der Struktur bezeichnet, und die Einheitszellenlänge a wird auch als Länge a der Periode 532 bezeichnet. Die erste Länge a₁ (Zellenteillänge a₁) wird auch als Teilperiode a₁ bezeichnet, und die zweite Länge a₂ (zweite Zellenteillänge a₂) wird auch als Teilperiode a₂ bezeichnet.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 5A und 5C umfassen der erste Zellenteil 534 Silizium, und der zweite Zellenteil 536 umfasst Luft, und beide Längen, a1 und a2, sind gleich.
Obwohl die auf der Grundlage der 5A bis 5E erläuterten Ausführungsbeispiele eine Einheitszelle mit einem ersten Einheitszellenteil 534, der Silizium aufweist, und dem zweiten Zellenteil 536, der Luft aufweist, d. h. Löcher in dem Siliziumsubstrat ist, umfassen, kann der erste Zellenteil 534 ein beliebiges anderes Substratmaterial sein und kann sogar während der Herstellung auf eine spezifische Art behandelt werden, um einen ersten Zellenteil 534 mit einer spezifischen ersten dielektrischen Charakteristik zu liefern, und der zweite Zellenteil 536 kann ein beliebiges anderes Material, Gas, Flüssigkeit oder Feststoffmaterial mit einer spezifischen zweiten dielektrischen Charakteristik sein.
Obwohl auf der Grundlage der 5A bis 5D erläuterte Ausführungsbeispiele eine erste Struktur 102' zeigen, bei der die erste Zellenteillänge a₁ gleich der zweiten Zellenteillänge a₂ ist, kann die erste Zellenteillänge bei anderen Ausführungsbeispielen größer oder kleiner als die zweite Zellenteillänge sein, um eine spezifische erste oder zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik zu erhalten.
Mit anderen Worten definiert die Einheitszelle 532 eine Periode der ersten und der zweiten Struktur 102', 102 und ihrer periodisch variierenden Charakteristika.
Bei Ausführungsbeispielen einer Sensor/Filterkomponente 100 mit einer bewegbaren ersten Struktur 102' weist die zweite Struktur 102 dieselbe periodisch variierende dielektrische Charakteristik auf wie die erste Struktur 102'. Mit anderen Worten umfasst die zweite Struktur 102 dasselbe Ausführungsbeispiel einer Einheitszelle. Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die zweite Struktur 102 auch dieselbe Anzahl von Einheitszellen wie die erste Struktur 102'.
Das frequenzabhängige Transferverhalten der Bauelemente oder Strukturen 100, 100', 300, 300', 400 und 400' hängt von den Einheitszellen der ersten Struktur 102', der zweiten Struktur und von der räumlichen Beziehung zwischen beiden Strukturen, oder, mit anderen Worten, von der Verschiebung in Bezug aufeinander, ab.
Ausführungsbeispiele einer solchen Struktur 100', 300' und 400' können als Sensor zum Erfassen einer Messgröße verwendet werden, wobei die Messgröße die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik oder die zweite periodisch dielektrische Charakteristik beeinflusst, z. B. wobei das Material bzw. die dielektrische Charakteristik des zweiten Zellenteils verändert wird, beispielsweise durch Füllen der Löcher 108, 536 der ersten Struktur 102' oder der zweiten Struktur 102 mit einem Gas, Fluid oder einem festen zweiten dielektrischen Material, und wobei auf der Basis des veränderten Transferverhaltens ein Wert der Messgröße erhalten wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen können derartige Strukturen 100, 300 und 400 als Sensor zum Erfassen einer Messgröße verwendet werden, wobei die Messgröße die Beziehung zwischen der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102 beeinflusst, z. B. durch Bewegen oder Drehen der ersten Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur 102, und Erhalten eines Werts der Messgröße auf der Basis des veränderten Transferverhaltens.
Bei anderen Ausführungsbeispielen können derartige Strukturen 100, 100', 300, 300', 400 und 400' als anpassbare Filterkomponente auf ähnliche Weise verwendet werden, wobei die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten periodisch dielektrischen Charakteristik derart beeinflusst/angepasst werden, dass das resultierende Transferverhalten einem vorbestimmten Transferverhalten gleicht, oder wobei eine Beziehung zwischen der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102 derart beeinflusst/angepasst wird, dass das resultierende Transferverhalten einem vorbestimmten Transferverhalten gleicht.
Bei Ausführungsbeispielen der Strukturen 100, 100', 300, 300', 400 und 400' sind eine Einheitszelle oder, mit anderen Worten, die dielektrischen Charakteristika des ersten Zellenteils 534 und des zweiten Zellenteils 536 und der jeweiligen ersten und zweiten Zellenteillänge a₁ und a₂, und die Anzahl von Einheitszellen so bemessen, dass die Struktur 100 ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum aufweist, wie z. B. in 5D gezeigt ist. 5D zeigt ein Diagramm für die S21 Werte bei einer Nullverschiebung 512 bei einem ersten Transferminimum 542 bei der ersten Resonanzfrequenz und einem zweiten Transferminimum 544 bei der zweiten Resonanzfrequenz.
Wie in 5E gezeigt ist, beeinflusst die Messgröße bei Sensorausführungsbeispielen 100 zum Erfassen einer Messgröße die Beziehung zwischen der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102, z. B. bewegt, siehe Pfeile 552, die erste Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur 102, was die räumliche Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Struktur beeinflusst. Mit anderen Worten bewegt die Messgröße die erste Struktur 102' von einer Referenzposition P0 zu einer Messposition P1, wobei die Verschiebung ΔP als ΔP = P1 – P0 definiert ist. Bei Ausführungsbeispielen, wie sie in 5E gezeigt sind, ist die Referenzposition die Nullverschiebungsposition, und die Messpositionen sind die Nicht- Nullverschiebungspositionen, jedoch kann die Referenzposition P0 bei anderen Ausführungsbeispielen eine beliebige andere Nicht-Nullverschiebungsposition sein.
Die Verschiebung der ersten Struktur 102' oder, allgemein, die Veränderung der räumlichen Beziehung zwischen der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102 führt zu einer Veränderung des Transferverhaltens der Struktur 100, was dazu verwendet werden kann, einen Wert für die Messgröße, die die Veränderung des Verhältnisses bewirkt, zu erhalten.
Ausführungsbeispiele einer Messvorrichtung auf der Basis z. B. eines Sensors 100 werden später auf der Basis von 6 bis 8B beschrieben.
5F zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Struktur 100 gemäß 5E, wobei die bewegbare erste Struktur 102' in einer Richtung bewegbar ist, siehe Pfeile 552, und durch Seitenwände 554 geführt wird. Die erste Struktur 102' kann auch durch eine Struktur auf der ersten Struktur geführt sein.
Da diese Ausführungsbeispiele von Sensoren auf einem Erfassen einer Verschiebung zwischen der ersten und der zweiten Struktur beruhen, werden sie auch als Positionssensoren oder Verschiebungssensoren bezeichnet.
Ausführungsbeispiele des Positionssensors sind bei Referenzsignalen mit höheren Frequenzen sehr klein, jedoch können Ausführungsbeispiele der Sensoren durch Verwendung eines mäanderförmigen koplanaren Wellenleiters sogar noch kleiner sein. Jedoch resultiert bei jeglicher Biegung in dem koplanaren Wellenleiter in Mäanderform eine Ungerader-Modus-Erregung der Übertragungsleitung und verschlechtert das ordnungsgemäße Funktionieren des Sensors. Um derartige unerwünschte Moden zu verhindern, werden an den Biegungen Luftbrücken verwendet.
5G zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels 400 einer Struktur mit mäanderförmigen koplanaren Wellenleitern 106 ohne Luftbrücken. 5H zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Struktur 560 mit mäanderförmigen koplanaren Wellenleitern 106 mit Luftbrücken 562 an den Biegungen des koplanaren Wellenleiters 106.
5I zeigt ein Diagramm der Einfügungsverluste mag(S21) eines Ausführungsbeispiels einer Struktur, wobei der erste Zellenteil 534 Silizium umfasst und der zweite Zellenteil 536 Luft in den Löchern 536 umfasst, für gerade koplanare Wellenleiter 564, für mäanderförmige koplanare Wellenleiter ohne Luftbrücken an den Biegungen 566 und mäanderförmige koplanare Wellenleiter mit Luftbrücken an den Biegungen 568. Die Ergebnisse bezeugen die Nützlichkeit der Luftbrücken 562.
6 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Struktur 100 gemäß 5E, die mit einer Einrichtung zum Wiederherstellen 612, symbolisch durch eine Feder 612 dargestellt, gekoppelt ist. Die Einrichtung zum Wiederherstellen 612 ist dahin gehend implementiert, die erste Struktur 102' an der Referenzposition P0 wiederherzustellen, nachdem sie verschoben wurde. Die Einrichtung 612 zum Wiederherstellen kann eine Feder oder eine beliebige andere Einrichtung zum Wiederherstellen sein, die in der Lage ist, die erste Struktur 102' an der Referenzposition P0 wiederherzustellen.
Anwendungen für Strukturen 100 gemäß 6, die mit einer Einrichtung zum Wiederherstellen 612 gekoppelt sind, sind beispielsweise Beschleunigungssensoren, bei denen die erste Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur 102 verschoben ist, je nach der positiven/negativen Beschleunigung, die bei der Struktur 100 bewirkt wird.
Die erste Struktur 102' ist eventuell lediglich in einer Richtung, bezüglich 55 nach links oder rechts, oder in beiden Richtungen, bezüglich 5E links und rechts, bewegbar (siehe Pfeile 552).
7 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels 100 mit einer bewegbaren ersten Struktur 102', wobei ein Betätigungsglied 712 dahin gehend implementiert ist, die Verschiebung 552 der ersten Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur 102 zu bewirken. Das Betätigungsglied 712 kann derart mechanisch mit der ersten Struktur 102' gekoppelt sein, dass es die erste Struktur 102' in beide Richtungen, bezüglich 7 links und/oder rechts, bewegen kann (siehe Pfeile 552).
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist das Betätigungsglied 712 nicht an der ersten Struktur 102' befestigt und kann die erste Struktur 102' somit lediglich in einer Richtung bewegen, beispielsweise nach rechts bezüglich 7. Bei diesen Anwendungen kann auf der Seite, die dem Betätigungsglied 712 gegenüberliegt, bezüglich 7 beispielsweise auf der rechten Seite der ersten Struktur 102', zusätzlich eine Einrichtung zum Wiederherstellen 612 implementiert sein, um die erste Struktur 102' nach der Messung an der Referenzposition wiederherzustellen.
8A zeigt eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Struktur 800 mit einem kreisförmigen koplanaren Wellenleiter 106, einer unteren oder zweiten Struktur 102 und einer ersten oder oberen Struktur 102'.
8B zeigt eine Draufsicht auf den kreisförmigen koplanaren Wellenleiter 106 auf der zweiten Struktur 102, ohne die erste Struktur 102' auf den beiden.
Wie aus den 8A und 8B ersichtlich ist, umfassen Ausführungsbeispiele 800 – ähnlich den Ausführungsbeispielen 100 bis 400' – eine radiale Einheitszelle 532 mit einem ersten radialen Zellenteil 534 mit einer ersten dielektrischen Cha rakteristik und einem ersten Radiant b1, und einem zweiten radialen Teil 536 mit einer zweiten dielektrischen Charakteristik und einem zweiten Radiant B2. Die Summe der beiden Radianten b1, b2, die die Länge des Radianten b der Einheitszelle oder der Periode 532 definiert, d. h. b = b1 + b2.
Zum Anordnen der ersten Struktur 102' auf der zweiten Struktur 102 kann die erste Struktur 102' beispielsweise einen vorspringenden Teil 802 an dem unteren Teil in der Mitte, und der zweite Teil kann ein Loch 802' in der Mitte umfassen. Der vorspringende Teil 80''', der sich in das Loch 802' erstreckt, wodurch die erste Struktur auf eine drehbare Weise an der zweiten Struktur 102 befestigt wird.
Die ersten Zellenteile 534 können beispielsweise Substratmaterial wie Silizium sein, und die zweiten Zellenteile 536 können beispielsweise geätzte Substratteile, d. h. Löcher 536, sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel 800 mit einer drehbaren ersten Struktur 102' kann die räumliche Beziehung zwischen der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102 dadurch verändert werden, dass die erste Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur 102 gedreht wird. Somit wird auch das Transferverhalten bezüglich einer Null-Grad- oder einer Null-Radiant-Verschiebung verändert.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Struktur als Sensor 800 verwendet wird, wird beispielsweise die erste Struktur 102' in Abhängigkeit von einer Messgröße gedreht, und somit kann die Veränderung des Transferverhaltens dazu verwendet werden, einen Wert für die Messgröße zu bestimmen.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Struktur als Filterkomponente 800 verwendet wird, wird die erste Struktur 102' beispielsweise durch ein Betätigungsglied gedreht, um ein vorbestimmtes Transferverhalten zu erzielen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel 800', bei dem die erste Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur 102 feststehend ist, kann der zweite Zellenteil 536 als Löcher implementiert sein, die mit Gas, Fluiden oder festen Materialien gefüllt sein können. Die Einbringung des Gases, der Fluide oder des festen Materials verändert die dielektrischen Charakteristika des zweiten Zellenteils 536 und somit das Transferverhalten.
Strukturen 800' können als Sensoren verwendet werden, wobei die Veränderung des Transferverhaltens durch die Messgröße, das Gas, das Fluid oder das feste Material bewirkt wird, und die Veränderung des Transferverhaltens dazu verwendet wird, zu bestimmen, welches Material eingebracht wurde, oder, als anpassbare Filterkomponente, wo ein anderes Material in den zweiten Zellenteil 536 eingebracht wird, um ein vorbestimmtes Transferverhalten zu erzielen.
Ähnlich den Ausführungsbeispielen 100, 100', 300, 300' mit linearen oder normalen koplanaren Wellenleitern oder den Ausführungsbeispielen 400, 400' mit mäanderförmigen koplanaren Wellenleitern wird die Resonanzfrequenz durch die Einheitszellen, die dielektrische Charakteristik des ersten und des zweiten Zellenteils 534, 536 und den ersten Radianten b1 und den zweiten Radianten b2 des ersten Zellenteils 534 und des zweiten Zellenteils 536 bestimmt.
9A zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels 100', bei dem die erste Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur 102 fixiert ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen umfasst der erste Zellenteil 534 ein festes Material, beispielsweise das Substratmaterial, und der zweite Zellenteil 536 ist ein Loch in dem Substratmaterial. Zum Erzielen einer dielektrischen Referenzcharakteristik und eines Referenztransferverhaltens, die bzw. das der Referenzposition ähnlich ist, können die Löcher 536 mit Luft oder einem beliebigen an deren Referenzgas oder einer beliebigen anderen Referenzflüssigkeit gefüllt sein. Zum Erfassen oder Anpassen der Filterkomponente werden diese Referenzmaterialien 536 durch anderes Gas, andere Fluide oder sogar andere feste Materialien, mit einer anderen dielektrischen Charakteristik im Vergleich zu dem Referenzmaterial in dem zweiten Zellenteil 536, ersetzt oder damit gemischt (siehe Pfeil 902). Somit wird das Transferverhalten der Struktur 100' verändert. Die Veränderung des Transferverhaltens kann zum Erfassen einer Messgröße, d. h. des auf Grund der Änderung der zweiten dielektrischen Charakteristik in den zweiten Zellenteil 536 eingebrachten Gases, Fluids oder festen Materials, verwendet werden oder kann dazu verwendet werden, eine vorbestimmte Filtercharakteristik zu erzielen, indem Gas, Fluid oder festes Material mit einer spezifischen dielektrischen Charakteristik einbracht wird.
9B zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 900 zum Erfassen einer Messgröße unter Verwendung beispielsweise eines Sensors 100, 100'. Das Verfahren umfasst den Schritt 910, bei dem die Messgröße die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur 120' oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur 102 oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102 beeinflusst.
10 zeigt eine schematische Ansicht einer Messvorrichtung 1000 mit einem Sensor zum Erfassen 100 und einer Messeinrichtung 1010. Die Messeinrichtung 1010 ist dahin gehend implementiert, ein Transferverhalten des Sensors 100 zu messen, um die Messgröße zu bestimmen, die das Transferverhalten des Sensors 100 beeinflusst.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Messvorrichtung 1000 andere Ausführungsbeispiele des Sensors, beispielsweise Ausführungsbeispiele 100, 100', 300, 30', 400, 400', 800, 800' und/oder 560, umfassen.
Bei Ausführungsbeispielen der Messvorrichtung 1000 ist die Messeinrichtung 1010 dahin gehend implementiert, eine Übertragungscharakteristik S12, S21 oder eine Reflexionscharakteristik S11, S22 des Sensors zu messen.
Bei Ausführungsbeispielen der Messvorrichtung 1000 kann die Messeinrichtung 1010 eine Einrichtung zum Erzeugen 1012 eines Eingangs- oder Referenzsignals 1013 umfassen und dieses Referenzsignal an einem Eingangstor 112 des Sensors eingeben, eine Einrichtung 1014 zum Empfangen eines Ausgangssignals 1015, das auf Grund des in das Eingangstor 112 eingegebenen Eingangssignals 1013 an dem Ausgangstor 114 des Sensors ausgegeben wird, und eine Einrichtung 116 zum Bestimmen der Messgröße auf der Basis des Eingangssignals 1013 und des Ausgangssignals 1015 umfassen.
Wie auf der Basis der 5B und insbesondere 5D erläutert wurde, variieren die Beträge der S-Parameter mit der Veränderung der dielektrischen Charakteristika der ersten und/oder zweiten Charakteristik oder einer Änderung der Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur. Somit kann beispielsweise eine Tabelle mit verschiedenen Verschiebungswerten in Millimetern oder Mikrometern und den jeweiligen Beträgen der S-Parameter bei der ersten Resonanzfrequenz oder sonstigen Resonanzfrequenzen ermittelt und zum Bestimmen eines Wertes für die Messgröße für die Verschiebungswerte verwendet werden. Die jeweiligen Betragswerte können beispielsweise in einer Nachschlagtabelle 1018 gespeichert werden, die durch die Einrichtung zum Bestimmen 1016 dazu verwendet werden kann, die Messgröße auf der Basis des gemessenen S-Parameterwerts zu bestimmen.
Dasselbe kann für Ausführungsbeispiele der Sensoren getan werden, die eingebrachte Materialien auf der Basis ihrer spezifischen dielektrischen Charakteristik erfassen, wobei für die unterschiedlichen Materialien, Gase, Fluide oder feste Materialien, die jeweiligen Beträge der S-Parameter vorab be stimmt und gespeichert werden und zum Bestimmen dessen verwendet werden, welche dieser Materialien in die Löcher 536 eingebracht wurden.
10B zeigt ein Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 1030 zum Messen einer Messgröße mit einem Sensor zum Erfassen der Messgröße. Das Verfahren, das den Schritt 1032 die Messgröße beeinflusst die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur umfasst; und 1034 Messen des Transferverhaltens des Sensors, um die Messgröße zu bestimmen.
11A zeigt eine schematische Ansicht einer Filterkomponente 1100 mit einer Struktur 100 (feststehende erste Struktur 102') oder 100' (bewegbare erste Struktur 102') und einer Filtersteuerung 1110, die dahin gehend implementiert ist, die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur anzupassen, so dass die Filterkomponente ein vorbestimmtes Transferverhalten aufweist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Filtersteuerung 1110 dahin gehend implementiert, die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur, die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur so anzupassen, dass die Filterkomponente eine vorbestimmte Dämpfung bei dem zumindest einen Transferminimum aufweist, wie beispielsweise in 5D für die erste und die zweite Resonanzfrequenz gezeigt ist.
11B zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer anpassbaren Filterkomponente, die ein Betätigungsglied 712 aufweist, wobei das Betätigungsglied dahin gehend implementiert ist, die Beziehung zwischen der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102 anzupassen. Das Betätigungsglied 712 ist mechanisch mit der ersten Struktur 102' gekoppelt sein, um die erste Struktur 102' in einer oder beiden Richtungen zu bewegen (siehe Pfeil 552). Die Filtersteuerung 1110 ist dahin gehend implementiert, das Betätigungsglied 712, z. B. das Einfahren oder Ausfahren des Betätigungsglieds 712 in einer oder beiden Richtungen, zu steuern, und steuert somit das Transferverhalten oder die Filtercharakteristik der Filterkomponente.
Das Betätigungsglied 712 kann ein piezoelektrisches Betätigungsglied, ein thermisches Betätigungsglied oder ein beliebiges anderes Betätigungsglied sein, das eine Verschiebung der ersten Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur 102 oder einer Referenzposition P0 bewirkt.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Filterkomponente 1100 einen Sensor mit einer drehbaren ersten Struktur 102' und einem Betätigungsglied 712, um die erste Struktur 102' bezüglich der zweiten Struktur zu drehen, umfassen.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1200 zum Einstellen eines Transferverhaltens, das einen Sensor, wobei der Sensor einen koplanaren Wellenleiter aufweist, eine erste Struktur 102' und eine zweite Struktur 102 umfasst, wobei eine Einheitszelle der Strukturen 102, 102' mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika so bemessen ist, dass die Filterkomponente bei zumindest einem Transferminimum ein frequenzabhängiges Transferverhalten aufweist. Das Verfahren umfasst ein Anpassen 1202 der ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik der ersten Struktur 102' oder der zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik der zweiten Struktur 102 oder einer Beziehung zwischen der ersten Struktur 102' und der zweiten Struktur 102 derart, dass die Filterkomponente, z. B. die Filterkomponente 100, ein vorbestimmtes Transferverhalten aufweist.
13 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Betätigungssystems 1300 mit einem Sensor 100, einem mit dem Sensor 100 mechanisch gekoppelten Betätigungsglied 712, einer Messeinrichtung 1010 und einer Steuerung 1310. Die Steuerung 1310 ist dahin gehend implementiert, den Zustand des Betätigungsglieds, d. h. das Ausfahren oder Zusammenziehen des Betätigungsglieds 712, auf der Basis der Verschiebung, die bei der ersten Struktur 102' auf Grund der mechanischen Kopplung mit dem Betätigungsglied bewirkt wird, zu steuern. Die Messeinrichtung 1010 ist dahin gehend implementiert, eine Transfercharakteristik des Sensors 100 zu bestimmen. Die Steuerung ist zum Vergleichen eines Zielzustands mit einem ermittelten Zustand des Betätigungsglieds auf der Basis des durch die Einrichtung zum Messen gelieferten Transferverhaltens und zum Steuern 1312 des Betätigungsglieds 712 derart, dass der vorbestimmte Zielzustand erreicht wird, implementiert.
14 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1400 zum Steuern eines Betätigungsglieds unter Verwendung eines Sensors. Das Verfahren 1400 umfasst ein Messen 1410 eines Transferverhaltens des Sensors 100, um den Zustand des Betätigungsglieds 712 zu bestimmen, ein Vergleichen 1420 eines Zielzustands des Betätigungsglieds 712 mit dem ermittelten Zustand des Betätigungsglieds 712; und ein Steuern 1430 des Betätigungsglieds derart, dass das Betätigungsglied den Zielzustand erreicht.
Auf der Basis der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele wurde ein neues koplanares elektromagnetisches Bandabstandsbauelement vorgeschlagen, beispielsweise für Sensoranwendungen wie Präzisionserfassung und Abstandsmessung, andere Sensoranwendungen, aber auch für Filteranwendungen. Die elektromagneti sches Bandabstandsstruktur ist im Prinzip ein eindimensionaler. Bragg-Spiegel mit einem koplanaren Wellenleiter, um die Mikrowelle von Frequenzsignalen zu übertragen. Ausführungsbeispiele wurden bei einer Silizium-Mikrobearbeitung präsentiert und untersucht. Die Sensor/Filterkomponente kann in Frequenzbereichen der Hochfrequenz (HF), Mikrowelle und Millimeterwelle in Abhängigkeit von dem Bereich und der Genauigkeit des zu messenden Abstands verwendet werden. Außerdem wurde eine Struktur zum Miniaturisieren des Bauelements vorgestellt, und die berechneten Charakteristika der miniaturisierten Sensor/Filterkomponente sind denjenigen der "Normalen" mit einer linearen Form sehr ähnlich. Da der vorgeschlagene Sensor klein und zuverlässig ist und auf einem Siliziumchip und elektronische Schaltungen integriert werden kann, ist er für viele Anwendungen eine hervorragende Wahl.
Ein mäanderförmiger koplanarer Wellenleiter wurde vorgeschlagen, um die Abmessungen der Sensor/Filterkomponente zu verringern. Es wurde gezeigt, dass die miniaturisierte Positions-Sensor/Filterkomponente mit einem mäanderförmigen koplanaren Wellenleiter, Luftbrücken an allen Übertragungsleitungsbiegungen verwendet werden können, um eine Ausbreitung der elektromagnetischen Ungerader-Modus-Wellen zu verhindern.
Obwohl Ausführungsbeispiele unter Verwendung von Siliziumsubstraten beschrieben wurden, können bei alternativen Ausführungsbeispielen andere Halbleitersubstrate verwendet werden. Obwohl Ausführungsbeispiele, die Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid als Dünnschicht 104 zwischen dem Substrat 102 und dem koplanaren Wellenleiter 106 verwenden, beschrieben wurden, können ferner bei alternativen Ausführungsbeispielen andere isolierende und/oder dielektrische Materialien eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele von Messvorrichtungen und Betätigungssystemen wurden vorwiegend auf der Basis des Bauelementausführungsbeispiels 100, 100' beschrieben, jedoch können auf ähnliche Weise auch andere Ausführungsbeispiele wie 300, 300', 400, 400', 800 und 800' verwendet werden.
Je nach bestimmten Implementierungserfordernissen der erfindungsgemäßen Verfahren können die erfindungsgemäßen Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, insbesondere einer Diskette, CD oder DVD durchgeführt werden, auf der ein elektronisch lesbares Steuersignal gespeichert ist, das mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenarbeitet, dass ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird. Allgemein ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung somit ein Computerprogrammerzeugnis mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode, wobei der Programmcode wirksam ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft. Mit anderen Worten sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen zumindest eines der erfindungsgemäßen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.
Obwohl das Vorstehende unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele desselben besonders gezeigt und beschrieben wurde, sollte Fachleuten einleuchten, dass es andere Änderungen der Form und Einzelheiten gibt, die vorgenommen werden können, ohne von der Wesensart und dem Schutzumfang derselben abzuweichen. Man sollte verstehen, dass beim Anpassen der verschiedenen Ausführungsbeispiele diverse Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den hierin offenbarten und in den folgenden Patentansprüchen enthaltenen breiter gefassten Konzepten abzuweichen.

Claims

Ein Sensor (100; 100'; 300, 300'; 400, 400'; 800, 800') zum Erfassen einer Messgröße (552; 902), der umfasst: einen koplanaren Wellenleiter (106) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; eine erste Struktur (102') mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters (106) angeordnet ist; und eine zweite Struktur (102) mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters (106) angeordnet ist, wobei eine Einheitszelle (532) der Strukturen (102; 102') mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass der Sensor ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum (542) aufweist, und wobei der Sensor derart implementiert ist, dass die Messgröße die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur (102') oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur (102) oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur (102') und der zweiten Struktur (102) beeinflusst.
Der Sensor gemäß Anspruch 1, bei dem der koplanare Wellenleiter (106) mäanderförmig ist.
Der Sensor gemäß Anspruch 2, der Luftbrücken (562) an den Biegungen des mäanderförmigen koplanaren Wellenleiters (106) aufweist.
Der Sensor gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Struktur (102') bezüglich der zweiten Struktur (102) translatorisch verschoben werden kann.
Der Sensor gemäß Anspruch 4, der ein Betätigungsglied (712) umfasst, wobei das Betätigungsglied dahin gehend implementiert ist, die erste Struktur (102') durch die Messgröße (552) beeinflusst translatorisch zu verschieben.
Der Sensor gemäß Anspruch 4, der eine Einrichtung (612) zum Wiederherstellen umfasst, die dahin gehend implementiert ist, die erste Struktur (102') in eine Referenzposition (P0) zurück zu verschieben.
Der Sensor gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Struktur (102') bezüglich der zweiten Struktur (102) gedreht werden kann.
Der Sensor gemäß Anspruch 7, der ein Betätigungsglied (712) umfasst, das dahin gehend implementiert ist, die erste Struktur (102') durch die Messgröße beeinflusst zu drehen.
Der Sensor gemäß Anspruch 7, der eine Einrichtung (612) zum Wiederherstellen umfasst, die dahin gehend implementiert ist, die erste Struktur (102') in eine Referenzposition (P0) zurück zu drehen.
Ein Verfahren zum Erfassen einer Messgröße (552; 902) unter Verwendung eines Sensors (100; 100'; 300, 300'; 400, 400'; 800, 800'), wobei der Sensor einen koplanaren Wellenleiter (106) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, eine erste Struktur (102') mit einer ersten periodisch variierenden die lektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters (106) angeordnet ist; und eine zweite Struktur (102) mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters (106) angeordnet ist, umfasst, wobei eine Einheitszelle (532) der Strukturen (102'; 102) mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass der Sensor ein frequenzabhängiges Transferverhalten aufweist mit zumindest einem Transferminimum (542), umfassend: Beeinflussen der ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik der ersten Struktur oder der zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik der zweiten Struktur oder einer Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur durch die Messgröße.
Messvorrichtung (1000) zum Messen einer Messgröße (552; 902), die umfasst: einen Sensor (100; 100'; 300, 300'; 400, 400'; 800, 800') zum Erfassen der Messgröße, wobei der Sensor einen koplanaren Wellenleiter (106) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; eine erste Struktur (102') mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen charakteristischen Struktur, die auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur (102) mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, umfasst, wobei eine Einheitszelle (532) der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass der Sensor ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum (542) aufweist, und wobei der Sensor derart implementiert ist, dass die Messgröße die erste perio disch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur (102') oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur (102) oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur beeinflusst; und eine Messeinrichtung (1010), die dahin gehend implementiert ist, ein Transferverhalten des Sensors zu messen, um die Messgröße zu bestimmen.
Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Messeinrichtung (1010) dahin gehend implementiert ist, eine Übertragungs- oder Reflexionscharakteristik des Sensors zu messen.
Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Messeinrichtung umfasst: eine Einrichtung (1012) zum Erzeugen eines Eingangssignals (1013) an einem Eingangstor (112) des Sensors; eine Einrichtung (1014) zum Empfangen eines Ausgangssignals (1015) an einem Ausgangstor (114) des Sensors; und eine Einrichtung (116) zum Bestimmen der Messgröße (552) auf der Basis des Eingangssignals (1013) und des Ausgangssignals (1015).
Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Messeinrichtung eine Nachschlagtabelle (1018) umfasst, die ein Transferverhalten einer Messgröße zuordnet.
Verfahren (1030) zum Messen einer Messgröße (552: 902) unter Verwendung eines Sensors (100; 100'; 300, 300'; 400, 400'; 800, 800'), wobei der Sensor einen koplanaren Wellenleiter (106) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, eine erste Struktur (102') mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur (102) auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, umfasst, wobei eine Einheitszelle (532) der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass der Sensor ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum (542) aufweist, umfassend: Beeinflussen (1032) der ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik der ersten Struktur oder der zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik der zweiten Struktur oder einer Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur durch die Messgröße; und Messen (1034) des Transferverhaltens des Sensors, um die Messgröße zu bestimmen.
Eine Filterkomponente (1100), die umfasst: einen koplanaren Wellenleiter (106) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; eine erste Struktur (102') mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur (102) mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, so dass die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, wobei eine Einheitszelle (532) der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass die Filterkomponente ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum (542) aufweist; eine Filtersteuerung (1110), die dahin gehend implementiert ist, die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur (102') oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur (102) oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur derart anzupassen, dass die Filterkomponente ein vorbestimmtes Transferverhalten aufweist.
Die Filterkomponente gemäß Anspruch 16, bei der die Filtersteuerung (1110) dahin gehend implementiert ist, die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur derart anzupassen, dass die Filterkomponente bei dem zumindest einen Transferminimum eine vorbestimmte Dämpfung aufweist.
Die Filterkomponente gemäß Anspruch 16, die umfasst: ein Betätigungsglied (712), das dahin gehend implementiert ist, die Beziehung zwischen der ersten Struktur (102') und der zweiten Struktur (102) anzupassen, wobei das Betätigungsglied mechanisch mit der ersten Struktur oder der zweiten Struktur gekoppelt ist und das Betätigungsglied durch die erste Filtersteuerung (1110) gesteuert wird.
Das Filter gemäß Anspruch 18, bei dem das Betätigungsglied (712) ein piezoelektrisches Betätigungsglied ist.
Die Filterkomponente gemäß Anspruch 18, bei der das Betätigungsglied (712) dahin gehend implementiert ist, die erste Struktur (102') bezüglich der zweiten Struktur (102) translatorisch zu verschieben, so dass die Filterkomponente das vorbestimmte Transferverhalten aufweist.
Die Filterkomponente gemäß Anspruch 18, bei der das Betätigungsglied (712) dahin gehend implementiert ist, die erste Struktur (102') bezüglich der zweiten Struktur (102) zu drehen, so dass die Filterkomponente das vorbestimmte Transferverhalten aufweist.
Ein Verfahren (1200) zum Anpassen eines Transferverhaltens einer Filterkomponente (1100), wobei die Filterkomponente einen koplanaren Wellenleiter (106) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; eine erste Struktur (102') mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur (102) mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, so dass die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, umfasst, wobei eine Einheitszelle (532) der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass die Filterkomponente ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum (542) aufweist; Anpassen (1202) der ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik der ersten Struktur (102') oder der zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik der zweiten Struktur (102) oder einer Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur derart, dass die Filterkomponente ein vorbestimmtes Transferverhalten aufweist.
Betätigungssystem (1300), das umfasst: ein Betätigungsglied (712); einen Sensor (100; 100'; 300, 300'; 400, 400'; 800, 800') zum Erfassen eines Zustands des Betätigungsglieds, wobei der Sensor einen koplanaren Wellenleiter (106) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; eine erste Struktur (102') mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur (102) mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, umfasst, wobei eine Einheitszelle (532) einer Periode der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass der Sensor ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum (542) aufweist, und wobei der Sensor derart implementiert ist, dass der Zustand des Betätigungsglieds (712) die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur (102') oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur (102) oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur beeinflusst; eine Messeinrichtung (1010) zum Messen eines Transferverhaltens des Sensors, um den Zustand des Betätigungsglieds zu ermitteln; und eine Steuerung (1310) zum Vergleichen eines Zielzustands des Betätigungsglieds mit dem ermittelten Zustand des Betätigungsglieds und zum Steuern des Betätigungsglieds dahin gehend, den Zielzustand zu erreichen.
Betätigungssystem gemäß Anspruch 23, bei dem das Betätigungsglied (712) mit der ersten Struktur (102') oder der zweiten Struktur (102) mechanisch gekoppelt ist und derart implementiert ist, dass der Zustand des Betätigungsglieds eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur beeinflusst.
Verfahren (1400) zum Steuern eines Betätigungsglieds (712) unter Verwendung eines Sensors (100; 100'; 300, 300'; 400, 400'; 800, 800') zum Erfassen eines Zustands des Betätigungsglieds, wobei der Sensor einen koplanaren Wellenleiter (106) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; eine erste Struktur (102') mit einer ersten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die erste Struktur auf der ersten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist; und eine zweite Struktur (102) mit einer zweiten periodisch variierenden dielektrischen Charakteristik, wobei die zweite Struktur auf der zweiten Oberfläche des koplanaren Wellenleiters angeordnet ist, umfasst, wobei eine Einheitszelle (532) einer Periode der Strukturen mit den periodisch variierenden dielektrischen Charakteristika derart bemessen ist, dass der Sensor ein frequenzabhängiges Transferverhalten mit zumindest einem Transferminimum (542) aufweist, und wobei der Sensor derart implementiert ist, dass der Zustand des Betätigungsglieds (712) die erste periodisch variierende dielektrische Charakteristik der ersten Struktur oder die zweite periodisch variierende dielektrische Charakteristik der zweiten Struktur oder eine Beziehung zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur beeinflusst, umfassend: Messen (1410) eines Transferverhaltens des Sensors, um den Zustand des Betätigungsglieds zu ermitteln: Vergleichen (1420) eines Zielzustands des Betätigungsglieds mit dem ermittelten Zustand des Betätigungsglieds; und Steuern (1430) des Betätigungsglieds derart, dass das Betätigungsglied den Zielzustand erreicht.
Computerprogramm zum Durchführen, wenn es auf einem Computer abläuft, eines Verfahrens gemäß einem der Verfahren der Ansprüche 10, 15, 22 und 24.