[发明专利]基于固支梁压阻效应的微波功率传感器

说明书

本发明是一种基于固支梁压阻效应的微波功率传感器，包括高阻硅衬底，在高阻硅衬底上设置有共面波导传输线、固支梁，共面波导传输线包括CPW信号线和CPW地线，在CPW地线与CPW信号线之间还分别设置有固支梁桥墩，固支梁的两端分别通过固支梁桥墩固定在CPW信号线的上方，固支梁的两端通过固支梁桥墩与高阻硅衬底相连，在CPW信号线的正上方、固支梁的上表面设置有金属质量块，固支梁的上下表面均设置有扩散电阻，微波功率传感器工作时固支梁形变导致固支梁表面应力变化，扩散电阻的值产生变化，通过惠更斯电桥法测量节点之间电压变化即可直接测量微波功率值。本发明的微波功率传感器结构新颖、易于集成，且测量范围较宽、测量精度较高。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体涉及一种基于固支梁压阻效应的微波功率传感器。

背景技术

在射频微机电系统（RF MEMS）的研究中，对于微波信号功率是表征微波信号的一个重要参数。对于微波功率的检测应用于微波信号的产生、传输及接收等环节，最为常见的微波信号功率传感器是基于固支梁结构的电容式微波功率传感器，如MEMS固支梁式在线微波功率传感器及其制备方法（专利号：201010223810.5），基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统及其检测方法（专利号：201310027303.8）。这类微波功率传感器的工作原理为：微波信号经过共面波导时，在共面波导和固支梁之间产生静电力，使固支梁下拉，测试电极与固支梁之间的电容值变化，实现对微波功率的检测。然而，电容式微波功率传感器的输出有非线性，其寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，联接电路较复杂，固支梁下拉幅度较小等缺点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于固支梁压阻效应的微波功率传感器，能够有效解决上述问题并有效提高灵敏度，该微波功率传感器利用压阻效应产生与微波功率一一对应的输出电压从而进行测量，具有较高的测量精度、更高的稳定性、更高的良品率等特点。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种基于固支梁压阻效应的微波功率传感器，传感器包括高阻硅衬底，在高阻硅衬底上设置有共面波导传输线、固支梁，共面波导传输线包括CPW信号线和CPW地线，CPW信号线的两侧分别有CPW地线，在CPW地线与CPW信号线之间还分别设置有固支梁桥墩，固支梁的两端分别通过固支梁桥墩固定在CPW信号线的上方，固支梁的两端通过固支梁桥墩与高阻硅衬底相连，在CPW信号线的正上方、固支梁的上表面设置有金属质量块，固支梁的上下表面均设置有扩散电阻，微波功率传感器工作时固支梁形变导致固支梁表面应力变化，扩散电阻的值产生变化，通过惠更斯电桥法测量节点之间电压变化即可直接测量微波功率值。

本发明的进一步改进在于：扩散电阻包括扩散电阻R1、扩散电阻R2、扩散电阻R3、扩散电阻R4、扩散电阻R1’、扩散电阻R2’、扩散电阻R3’和扩散电阻R4’，固支梁的上表面、金属质量块的一侧为扩散电阻R1和扩散电阻R2，固支梁的上表面、金属质量块的另一侧为扩散电阻R1’和扩散电阻R2’，在固支梁的下表面、金属质量块的一侧为扩散电阻R3和扩散电阻R4，在固支梁的下表面、金属质量块的另一侧为扩散电阻R3’和扩散电阻R4’。

本发明的进一步改进在于：扩散电阻R1、扩散电阻R2、扩散电阻R3和扩散电阻R4通过电学连接组成惠更斯电桥，所述扩散电阻R1’、扩散电阻R2’、扩散电阻R3’和扩散电阻R4’通过电学连接组成惠更斯电桥。

本发明的进一步改进在于：固支梁桥墩与高阻硅衬底直接接触，固支梁桥墩与固支梁直接接触。

本发明的进一步改进在于：金属质量块为铜、镍或铝制成的金属质量块。

本发明的进一步改进在于：金属质量块与固支梁直接接触。

本发明的进一步改进在于：固支梁为弱掺杂的单晶硅或单晶锗制成的固支梁。

本发明的进一步改进在于：固支梁桥墩为铜制成的固支梁桥墩。