检索结果-内蒙古大学图书馆

光学精密工程 2009年第7期17卷 1656-1659页

作者：许映林廖小平田涛东南大学MEMS教育部重点实验室江苏南京210096

提出了一种基于塞贝克效应的终端式MEMS微波功率传感器,该传感器的制作工艺与GaAs单片式微波集成电路(MMIC)工艺兼容。利用热电偶检测温度差,生成与微波功率成比例的直流电压,由GaAs/Au热电偶串联构成热堆。传感器将电功率转化为热,再... 详细信息

提出了一种基于塞贝克效应的终端式MEMS微波功率传感器,该传感器的制作工艺与GaAs单片式微波集成电路(MMIC)工艺兼容。利用热电偶检测温度差,生成与微波功率成比例的直流电压,由GaAs/Au热电偶串联构成热堆。传感器将电功率转化为热,再间接测量热堆生成的直流电压。采用微机械加工技术,去除了器件底部的GaAs衬底,从而减小了热损耗和电磁损耗,提高了灵敏度。测试结果表明,在0～20GHz内,HFSS模拟的S11<-22dB;测试输入功率为-20～20dBm时,频率为0～20GHz;在20GHz时,灵敏度高于0.15mV/mW;在整个频率范围内,回波损耗低于-26dB。

关键词： MEMS 微波功率传感器 MMIC

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MEMS微波功率传感器等效电路模型的研究

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仪器仪表学报 2018年第12期39卷 152-159页

作者：白雪婧胡加杨李龙飞王德波南京邮电大学电子与光学工程学院南京210046

为了提高热电式微机电系统(MEMS)微波功率传感器的灵敏度,需要对传感器的热电特性进行研究。首先根据热-电变量之间的等效关系建立了传感器的等效电路模型,利用该模型研究了不同的GaAs衬底厚度对负载电阻电-热转换能力的影响;接着建立... 详细信息

为了提高热电式微机电系统(MEMS)微波功率传感器的灵敏度,需要对传感器的热电特性进行研究。首先根据热-电变量之间的等效关系建立了传感器的等效电路模型,利用该模型研究了不同的GaAs衬底厚度对负载电阻电-热转换能力的影响;接着建立理论解析模型研究热传导、热对流、热辐射对不同衬底厚度的传感器的电-热转换能力的影响,推导出相应的负载电阻温度分布,验证了等效电路模型;最终,在等效电路模型的基础上建立灵敏度与噪声系数模型,综合考虑它们之间的制约关系,得到了使传感器综合性能最佳的衬底厚度设计区间。根据建立的等效电路模型,对特定衬底厚度下制备的热电式MEMS微波功率传感器进行实验测试,频率测量范围达到30 GHz,输入微波功率从1 mW增加至100 mW。该功率传感器结构的灵敏度分别为0.184 3 mV/mW@1 GHz、0.130 1 mV/mW@10 GHz、0.101 3 mV/mW@20 GHz、0.071 8 mV/mW@30 GHz,并且该结构具有较大的动态测试范围。

关键词：微波功率传感器等效电路温度分布理论模型灵敏度

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掺杂n^(+) GaAs的热电式MEMS微波功率传感器在Ka波段的研究

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传感技术学报 2022年第2期35卷 143-147页

作者：洪阳张志强孙国琛郑从兵刘佳琦东南大学MEMS教育部重点实验室江苏南京210096

本文主要通过理论设计和性能测试,研究了热电堆的半导体臂n^(+)GaAs的掺杂浓度对热电式MEMS微波功率传感器在Ka波段工作性能的影响。该类传感器基于微波功率-热-电转换原理工作,其中热电堆是由半导体臂n^(+)GaAs和金属臂Au构成。通过建... 详细信息

本文主要通过理论设计和性能测试,研究了热电堆的半导体臂n^(+)GaAs的掺杂浓度对热电式MEMS微波功率传感器在Ka波段工作性能的影响。该类传感器基于微波功率-热-电转换原理工作,其中热电堆是由半导体臂n^(+)GaAs和金属臂Au构成。通过建立理论分析模型,探究了灵敏度、信噪比与掺杂浓度之间的关系,以指导传感器的结构设计,并基于GaAs MMIC工艺制备了四种n^(+)GaAs掺杂浓度下MEMS微波功率传感器。实验结果表明:当n^(+)GaAs掺杂浓度分别为2.4×10^(18) cm^(-3)、8.5×10^(17) cm^(-3)、3.2×10^(17) cm^(-3)和1.9×10^(17) cm^(-3)时,测量的灵敏度在30 GHz分别为15.21μV/mW、17.86μV/mW、74.36μV/mW和142.34μV/mW,而其在38 GHz分别为10.91μV/mW、17.88μV/mW、48.94μV/mW和98.59μV/mW,该结果表明灵敏度随掺杂浓度增大而减小;信噪比在30 GHz分别为8.58×10^(5) W^(-1)、6.13×10^(5) W^(-1)、1.38×10^(6) W^(-1)和2.08×10^(6) W^(-1),而其在38 GHz分别为6.44×10^(5) W^(-1)、6.13×10^(5) W^(-1)、1.11×10^(6) W^(-1)和1.47×10^(6) W^(-1),该结果表明信噪比随掺杂浓度的增大先减小再增大。

关键词： MEMS 微波功率传感器掺杂n^(+)GaAs 灵敏度信噪比

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一种新型MEMS微波功率传感器的设计与模拟

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传感技术学报 2008年第4期21卷 611-614页

作者：田涛廖小平东南大学MEMS教育部重点实验室南京210096

提出了一种新型的三明治结构MEMS微波功率传感器结构,与传统传感器相比,新结构由于采用了垂直传热方式而具有较小的热损耗。在输入相同功率的情况下,模拟了热电堆的温度分布,三明治结构热电堆的温度高于传统结构,因此具有更高的灵敏度... 详细信息

提出了一种新型的三明治结构MEMS微波功率传感器结构,与传统传感器相比,新结构由于采用了垂直传热方式而具有较小的热损耗。在输入相同功率的情况下,模拟了热电堆的温度分布,三明治结构热电堆的温度高于传统结构,因此具有更高的灵敏度。同时模拟了两种结构的阻抗匹配特性,其差异不大,在1-6GHz的频率范围内,三明治结构的回波损耗小于-30dB;在6-20GHz的频率范围内,其回波损耗小于-20dB,显示了良好的匹配特性。

关键词： MEMS 微波功率传感器三明治结构热传导回波损耗

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一种高灵敏度在线式MEMS微波功率传感器

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微电子学 2023年第2期53卷 304-309页

作者：金叶王德波南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院南京210023

为了改善在线式MEMS微波功率传感器的灵敏度特性,设计了一种新型双悬臂梁结构的MEMS微波功率传感器。该结构将测试电极和锚区设计在中心信号线的两侧。建立了双悬臂梁集总电路等效模型,研究了双悬臂梁结构的微波功率传感器的微波特性。... 详细信息

为了改善在线式MEMS微波功率传感器的灵敏度特性,设计了一种新型双悬臂梁结构的MEMS微波功率传感器。该结构将测试电极和锚区设计在中心信号线的两侧。建立了双悬臂梁集总电路等效模型,研究了双悬臂梁结构的微波功率传感器的微波特性。构建了枢纽式双悬臂梁静力学模型,研究并分析了新型悬臂梁结构的过载功率与灵敏度。结果表明,相比于测试电极和锚区位于信号线同侧的传统单悬臂梁结构,新型双悬臂梁结构的灵敏度提升了6~8倍。这在一定程度上解决了电容式微波功率传感器检测灵敏度较低的问题。

关键词：微波功率传感器电容式双悬臂梁结构灵敏度 MEMS

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MEMS微波功率传感器的悬臂梁弯曲模型研究

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微电子学 2023年第5期53卷 924-929页

作者：王德波孙浩宇南京邮电大学集成电路科学与工程学院南京210023

为了研究电容式MEMS微波功率传感器悬臂梁的非线性运动,建立了MEMS悬臂梁在空间域上的弯曲特性模型,综合考虑静电力、轴向应力以及残余应力对悬臂梁非线性运动的影响,求解得到动力学微分方程。在此基础上研究在不同杨氏模量、驱动电压... 详细信息

为了研究电容式MEMS微波功率传感器悬臂梁的非线性运动,建立了MEMS悬臂梁在空间域上的弯曲特性模型,综合考虑静电力、轴向应力以及残余应力对悬臂梁非线性运动的影响,求解得到动力学微分方程。在此基础上研究在不同杨氏模量、驱动电压和残余应力下悬臂梁的弯曲特性,解析得到对应的悬臂梁弯曲特性曲线与轴向应力曲线。使用有限元分析软件ANSYS对不同驱动电压下的悬臂梁下拉位移进行仿真,并对仿真结果与解析结果进行比较。结果表明,在驱动电压从10 V到20 V的变化过程中,仿真结果与模型解析结果具有一致的趋势,两者间的最大误差仅有8.81%。对电容式MEMS微波功率传感器的悬臂梁弯曲特性的研究具有一定的参考价值和指导意义。

关键词： MEMS 微波功率传感器悬臂梁弯曲特性模型

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MEMS微波功率传感器的系统级建模

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电子器件 2021年第6期44卷 1353-1359页

作者：孙国琛张志强刘佳琦郑从兵东南大学MEMS教育部重点实验室江苏南京210096

提出了一种基于力-电和热-电原理的MEMS微波功率传感器,并依次对基于力-电转换原理的电容式MEMS微波功率传感器和基于热-电转换原理的热电式MEMS微波功率传感器进行建模。其一是通过采用挠度方程对力-电转换原理部分的固支梁建立力-电模... 详细信息

提出了一种基于力-电和热-电原理的MEMS微波功率传感器,并依次对基于力-电转换原理的电容式MEMS微波功率传感器和基于热-电转换原理的热电式MEMS微波功率传感器进行建模。其一是通过采用挠度方程对力-电转换原理部分的固支梁建立力-电模型;二是通过采用热传导方程对热-电转换原理部分的温度分布建立二维热-电模型。最后将微波功率等效为均方根电压,以固支梁形变量为线索串联起力-电和热-电转换原理部分,研究微波功率、力-电转换原理部分的固支梁形变以及热-电转换原理部分的热电势之间关系,进而得到包含多物理场的系统级模型。对于电容式传感器,解析模型仿真结果与HFSS仿真结果具有较好的一致性,验证了其模型的有效性;而对于热电式传感器,衬底膜的厚度越薄,热电堆的冷热两端温差越高,进而输出热电势越大。结果表明,该MEMS微波功率传感器在30 GHz~35 GHz时插入损耗S_(11)在-0.1 dB~-0.3 dB范围内,反射损耗S_(11)小于-18 dB;当输入微波功率分别为160 mW和320 mW时,热电势在32 GHz时分别为42.41 mV和84.85 mV,在40 GHz时分别为40.03 mV和79.11 mV。

关键词： MEMS 微波功率传感器热-电力-电系统级建模

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基于介质嵌层的热电式微波功率传感器特性研究

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微电子学 2020年第1期50卷 137-141,147页

作者：胡加杨李龙飞谷新丰吉新村王德波南京邮电大学电子与光学工程学院南京210046

为改善热电式MEMS微波功率传感器的电-热-电转换效率,提出了一种新型介质嵌层结构。选用Si3N4、新型材料石墨烯分别作为介质嵌层。建立介质嵌层结构的热学模型,采用Ansys软件对热学特性进行了仿真。结果表明,当石墨烯作为介质嵌层时,热... 详细信息

为改善热电式MEMS微波功率传感器的电-热-电转换效率,提出了一种新型介质嵌层结构。选用Si3N4、新型材料石墨烯分别作为介质嵌层。建立介质嵌层结构的热学模型,采用Ansys软件对热学特性进行了仿真。结果表明,当石墨烯作为介质嵌层时,热电偶热端的温度提高了12 K,有效改善了传热效率,提高了热电堆温差。建立介质嵌层结构的电磁模型,采用Hfss软件对微波性能进行了仿真。结果表明,在8~12 GHz范围内,S参数约为-18 dB,传感器仍具有良好的匹配特性。该介质嵌层结构对热电式MEMS微波功率传感器研究有参考价值。

关键词：热电式微波功率传感器介质嵌层 MEMS 石墨烯

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微波功率传感器

微波功率传感器

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作者：李维平董旭光王耀朱滨峰 210046 江苏省南京市经济技术开发区栖霞大道66号

本发明提供一种微波功率传感器，包括基板以及设置在基板上的热电堆、共面波导单元、第一匹配电阻、第二匹配电阻、第一V形梁和第二V形梁；共面波导单元与热电堆间隔设置；第一匹配电阻和第二匹配电阻间隔设置在热电堆和共面波导单元之... 详细信息

标准号: CN114839432B

本发明提供一种微波功率传感器，包括基板以及设置在基板上的热电堆、共面波导单元、第一匹配电阻、第二匹配电阻、第一V形梁和第二V形梁；共面波导单元与热电堆间隔设置；第一匹配电阻和第二匹配电阻间隔设置在热电堆和共面波导单元之间；第一V形梁的顶端与第一匹配电阻连接，其另一端与共面波导单元连接，第一V形梁设置有间隔分布的第一金属条；第二V形梁的顶端与第二匹配电阻连接，其另一端与共面波导单元连接，第二V形梁设置有间隔分布的第二金属条。该传感器利用微波信号在匹配电阻上产生的热量，使得V形梁受热膨胀来自动控制功率传输阈值，使用过程中无功耗；通过在V形梁上设置间隔分布的金属条，实现信号传输短路的自保护机制。

关键词：匹配电阻共面波导单元间隔分布金属条热电堆波导单元间隔设置基板微波功率传感器自保护机制功率传输受热膨胀微波信号信号传输无功耗短路传感器

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MEMS在线式微波功率传感器的设计、制备与表征

MEMS在线式微波功率传感器的设计、制备与表征

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作者：韩磊东南大学

学位级别：博士

随着通信技术的发展，微波功率计被广泛用于测量微波发射机/接收机的输出／输入功率、信号源的输出电平以及接收机本地振荡器的电平、天线系统辐射的功率、振荡器的输出功率、交流信号电压的均方根值以及标准交直流、毫瓦计、标准信号... 详细信息

随着通信技术的发展，微波功率计被广泛用于测量微波发射机/接收机的输出／输入功率、信号源的输出电平以及接收机本地振荡器的电平、天线系统辐射的功率、振荡器的输出功率、交流信号电压的均方根值以及标准交直流、毫瓦计、标准信号发生器的校准等，在国防、通讯、科研等领域有着广泛的用途。目前，测量微波功率的技术是基于热敏电阻、热电偶和二极管的方法，这些方法是将待测的微波功率完全消耗加以测量，因此使得微波信号经过测量之后无法再利用。最近，国外提出了两种基于MEMS技术的微波功率传感器结构，它们的微波信号在测量过后仍可利用。第一种结构是利用热电堆测量共面波导上损耗的微波功率，第二种结构是利用电容变化测量微波功率。但两种结构均存在着微波性能与灵敏度之间的矛盾。本文针对高灵敏度、宽频率范围、低的插入损耗和反射系数、高线性度并可以转换工作状态的在线式微波功率传感器进行了研究。\n (1)提出了一种可以实现功率监测、增益控制和电路保护的新型在线式微波功率传感器结构，它将微波性能与灵敏度性能分开设计，因此解决了两者之间的矛盾．该新型的在线式微波功率传感器通过电容耦合出一小部分微波功率，再将这部分微波功率吸收并转化为热量，利用热电堆探测温度变化实现微波功率的测量。\n (2)为了改善功率传感器的微波性能、减小功率传感器耦合度随频率的变化并实现工作状态的转换，提出了阻抗匹配结构、补偿电容结构和状态转换开关结构．\n (3)建立了在线式微波功率传感器的微波模型、热学模型和静力学模型。微波模型分析了加入上述改进结构对微波性能的改善；热学模型通过分析各种结构参数对温度分布的影响，得出了温度分布随这些结构参数变化的规律；静力学模型分析了静电力与耦合电容之间的关系、MEMS膜的自执行效应以及阈值电压与膜的结构参数之间的关系．利用有限元分析软件HFSS和Ansys模拟了上述各种结构，验证了三种模型的正确性，并对改进结构进行了优化。\n (4)开发了GaAsMMIC工艺的传感器制备流程，研究了牺牲层的释放、热电堆的制备等工艺，提出了一套基于GaAsMMIC工艺的在线式微波功率传感器工艺流程并设计了各种功率传感器的改进结构。\n (5)基于GaAsMMIC兼容工艺研制出在线式微波功率传感器，通过对所制作的在线式微波功率传感器的微波性能和灵敏度的测量，在8～12GHz频域内，功率传感器的插入损耗小于0．45dB，反射系数小于-20dB。在10GHz中心频率处的灵敏度大于30μV／mW，分辨率达到0．2mW。\n 本文提出了具有多种改进结构的在线式微波功率传感器，建立并分析了功率传感器的各种模型，开发了功率传感器的工艺制备流程。本文的工作不仅促进了MEMS在线式微波功率传感器的发展，而且对研究GaAsMEMS微加工工艺提供了有益的经验。该传感器预期在许多个人通信或雷达系统中会得到应用。

关键词： MEMS 波类传感器微波功率传感器功率监测电路保护结构设计

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