一种基于圆弧形固支梁的微波功率传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于圆弧形固支梁的微波功率传感器，采用MEMS平面加工。该传感器由衬底、共面波导传输线、锚区、圆弧形固支梁和电容极板组成。衬底位于最下方，衬底上端面左右两侧各设有地线，两侧地线的上端面中部各设有一个锚区，圆弧形固支梁由锚区固定在两侧地线上，圆弧形固支梁的下方设有共面波导传输线，共面波导传输线与左侧地线之间在圆弧形固支梁正下方设有电容极板，有一个输出端与电容极板相连用于检测电容，当微波信号进入时引起电容变化，通过测量变化值即可间接得到微波信号的功率。此传感器采用圆弧形固支梁结构，提高了传感器的灵敏度和系统本身的稳定性，同时具有体积小、便于集成、结构简单等诸多优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于圆弧形固支梁的微波功率传感器
本专利技术属于MEMS微机械传感器领域，尤其涉及一种基于圆弧形固支梁的微波功率传感器。
技术介绍
基于微机电系统(MEMS)的微波技术的发展已经成为一个国家科技水平发展的重要标志。在微波的信号产生、传输及接受等各个环节的研究中，微波功率的测量是必不可少的基本测试技术。目前，传统的梁结构由于本身物理性质的限制不能够加工的很长，是限制灵敏度的瓶颈，导致电容式微波功率传感器的性能不够完善。近年来，随着MEMS制作工艺的不断发展，使得基于圆弧形固支梁的微波功率传感器成为可能。
技术实现思路
本专利技术针对现有电容式微波功率传感器存在的稳定性差、灵敏度低和测量范围低等问题，提出了基于圆弧形固支梁的微波功率传感器。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，提出了基于圆弧形固支梁的微波功率传感器，包括衬底，所述衬底位于最下方，衬底上端面左右两侧各设有地线，两侧地线的上端面中部各设有一个锚区，圆弧形固支梁通过锚区跨接固定在两侧地线中间，共面波导传输线位于衬底上并设于圆弧形固支梁的下方，电容极板位于衬底上并设于共面波导传输线与一侧地线之间位于圆弧形固支梁正下方。进一步地，所述地线靠近共面波导传输线的一侧各设有一个梯形凹槽。进一步地，所述地线、共面波导传输线、锚区及电容极板的长直边相互平行。进一步地，圆弧形固支梁与共面波导传输线相互垂直，圆弧形固支梁的中心与共面波导传输线的中心重合。进一步地，所述衬底的材质为氮化镓。有益效果：1.本专利技术由于采用MEMS工艺进行加工，因此相比于传统的微波功率传感器传感器具有体积小，集成度高等优点。2.本专利技术利用电容式检测微波信号，属于在线式，相比较于传统的终端热电式微波功率传感器，不会完全消耗掉微波信号，可以被后续过程继续利用，具有灵敏度高，测量范围广等优点。3.本专利技术利用圆弧形固支梁检测微波信号，相比较于传统的电容式微波功率传感器，待测功率信号的允许动态范围很大且输出信号大、易检测，具有抗过载能力强，动态范围大等优点。4.和传统的梁结构相比，本专利技术圆弧形固支梁由于本身结构的物理属性，可以加工的尺寸更长，克服了传统梁结构的瓶颈，因而可以极大地提高系统的灵敏度。附图说明图1为本专利技术的微波功率传感器的主视图。图2为本专利技术的微波功率传感器的俯视图。其中，1-地线，2-共面波导传输线，3-锚区，4-电容极板，5-圆弧形固支梁，6-衬底。具体实施方式下面结合附图1-2对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。基于圆弧形固支梁的微波功率传感器，其特征在于，包括地线1、共面波导传输线2、锚区3、电容极板4、圆弧形固支梁5和衬底6，所述衬底6位于最下方，衬底6上端面左右两侧各设有地线1，两侧地线1的上端面中部各设有一个锚区3，所述圆弧形固支梁5由锚区3固定在两侧地线1上，锚区3位于圆弧形固支梁的两侧，使得圆弧形固支梁的弧度为π/6，可以分担很大一部分应力，提高了圆弧形固支梁5的稳定性，从而对电容式电路具有很好的保护作用，提高了整个系统的抗过载能力。圆弧形固支梁5的下方设有共面波导传输线2，电容极板4位于衬底6上并设于共面波导传输线2与一侧地线1之间且位于圆弧形固支梁5正下方。当微波信号进入时，会产生静电力使圆弧形固支梁弯曲，从而导致圆弧形固支梁与下方电容极板的距离减小，使得电容发生变化，通过测量电容的改变量即可算出微波功率。地线1靠近共面波导传输线2的一侧各设有一个梯形凹槽，地线1、共面波导传输线2、锚区3及电容极板4的长直边相互平行，圆弧形固支梁5与共面波导传输线2相互垂直，圆弧形固支梁5的中心与共面波导传输线2的中心重合，衬底6的材质为氮化镓。参阅图1，圆弧形固支梁5位于共面波导传输线2的上方，它与放置在信号线旁边的电容极板4之间就构成了电容器。在共面波导上传输的微波功率会对圆弧形固支梁5产生向下的静电力，导致圆弧形固支梁5发生形变产生位移，进而改变圆弧形固支梁5与电容极板4之间的电容值，再通过一个测电容电路就可以得到共面波导上传输的微波功率的大小。理论上梁结构的长度越长，功率传感器的灵敏度越高，性能越好。但是由于本身物理性质的限制，导致传统梁结构不能制作的很长，否则结构不稳定容易坍塌。可以极大地提高系统的灵敏度。和传统的梁结构相比，此圆弧形固支梁由于本身结构的物理属性，可以加工的尺寸更长，克服了传统梁结构的瓶颈，因而可以极大地提高系统的灵敏度。电容式微波功率传感器的特点是：输入匹配较好、传输损耗较低，且与CMOS工艺兼容。可以对共面波导进行阻抗匹配设计以提高微波特性，将圆弧形固支梁5的锚区设计成弯曲形状的支撑结构以吸收应力和提高灵敏度，并将锚区放置在共面波导地线2的外侧以去除寄生电容的影响，提供更加准确的电容测量。该电容传感器由于应用了圆弧形固支梁，具有很高的稳定性，可以测量较高功率的微波信号(可以达到100W)，具有良好的抗过载性；并提供一个较高的输出信号，且通过实验证明具有长期稳定性；在X波段灵敏度的变化范围比较稳定。综上所述：该基于圆弧形固支梁的微波功率传感器采用MEMS平面加工工艺，具有体积小、集成度高和灵敏度高等优点。此外利用圆弧形固支梁，不仅可以极大地提高待测微波信号的功率范围，具有良好的抗过载性，对电容式传感器具有保护作用；而且可以在对固支梁加工时做到较大尺寸，极大地提高检测信号的精度和系统本身的灵敏度。综上所述，本基于圆弧形固支梁的微波功率传感器具有精度高、测量范围大、灵敏度高等优点。上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于圆弧形固支梁的微波功率传感器，其特征在于，包括衬底(6)，所述衬底(6)位于最下方，衬底(6)上端面左右两侧各设有地线(1)，两侧地线(1)的上端面中部各设有一个锚区(3)，圆弧形固支梁(5)通过两侧锚区(3)跨接固定在两侧地线(1)中间，共面波导传输线(2)位于衬底(6)上并设于圆弧形固支梁(5)的下方，电容极板(4)位于衬底(6)上并设于共面波导传输线(2)与一侧地线(1)之间且位于圆弧形固支梁(5)正下方。/n

【技术特征摘要】
1.基于圆弧形固支梁的微波功率传感器，其特征在于，包括衬底(6)，所述衬底(6)位于最下方，衬底(6)上端面左右两侧各设有地线(1)，两侧地线(1)的上端面中部各设有一个锚区(3)，圆弧形固支梁(5)通过两侧锚区(3)跨接固定在两侧地线(1)中间，共面波导传输线(2)位于衬底(6)上并设于圆弧形固支梁(5)的下方，电容极板(4)位于衬底(6)上并设于共面波导传输线(2)与一侧地线(1)之间且位于圆弧形固支梁(5)正下方。


2.根据权利要求1所述的基于圆弧形固支梁的微波功率传感器，其特征在于，所述每个地线(1)靠近共...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙飞，蒋燕，王德波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32