[发明专利]一种翘板式智能检测微波功率传感器

说明书

 

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。