对称双悬臂梁结构MEMS微波功率传感器研究

为了提升电容式MEMS微波功率传感器的测量灵敏度,本文充分利用传感器的内部空间结构,提出了一种基于对称双悬臂梁结构的电容式微波功率传感器.根据对称式双梁结构的特点,建立了对称双悬臂梁结构的枢纽式机电模型.研究和分析了对称双悬臂梁结构的测量灵敏度和过载功率.实验结果表明,在悬臂梁初始间距相同的条件下,对称双梁结构的测量灵...     

MEMS微波功率传感器的悬臂梁弯曲模型研究北大核心

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。     

一种高灵敏度在线式MEMS微波功率传感器

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。     

双通道MEMS微波功率传感器的悬臂梁设计

为实现热电式MEMS微波功率传感器与电容式MEMS微波功率传感器的兼容,得到一种性能优良的双通道MEMS微波功率传感器,需要对MEMS悬臂梁的匹配特性进行分析与设计。根据MEMS悬臂梁的一维集中参数模型,分析了MEMS悬臂梁的吸合电压,研究了MEMS悬臂梁的位移与电容的变化关系以及MEMS悬臂梁的谐振频率,得到了MEMS悬臂梁的匹配特性与MEMS悬臂梁高度的变化关系。实验结果表明,当MEMS悬臂梁的高度设计为10 μm时,MEMS悬臂梁的谐振频率为16.13 kHz,在8～12 GHz频率范围内,回波损耗均小于－19 dB。     

电容式微波功率传感器的MEMS悬臂梁力学模型

建立了MEMS悬臂梁的静态、动态力学解析模型。采用遍历搜索和龙格库塔算法,分析了在静电力作用下MEMS悬臂梁的运动规律。考虑到MEMS悬臂梁的引入对检测系统匹配特性的影响,在建立的力学模型的基础上研究了系统匹配特性的解析模型,得到MEMS梁与下拉极板的间距改变对系统匹配特性的影响。在8~12 GHz范围内,在8、9、10、11、12 GHz处的回波损耗仿真结果分别为－22.044 6、－21.141 5、－20.281 7、－19.562 0、－19.155 6 dB,而回波损耗测试结果分别为－22.044 6、－20.931 0、－19.948 2、－19.072 2、－18.285 2 dB。实验结果表明,通过建立的力学解析模型、匹配特性模型仿真得到的回波损耗仿真结果与测试结果较吻合,这对改善电容式微波功率检测系统的综合性能具有一定的指导意义。     

MEMS悬臂梁的静态力学模型研究

研究分析了MEMS悬臂梁的静态力学特性。对比分析了集总式静力学模型和枢纽式静力学模型。对于集总式静力学模型,将MEMS悬臂梁的下拉位移假设为处处相等的普通电容极板,得到悬臂梁下拉位移和下拉电压。对于枢纽式静力学模型,将MEMS悬臂梁假设为下拉位移处处不等的转轴,通过寻找悬臂梁在下拉过程中的等效受力点,得到下拉位移和下拉电压。比较了两种模型的静电力学下拉位移与下拉电压的相对误差。结果表明,集总式静力学模型的误差为20.5%,枢纽式静力学模型的误差仅有5.3%。这表明,枢纽式静力学模型的特性优于集总式静力学模型。     

电容式MEMS微波功率传感器过载功率的优化

提出了一种等效串联电容式MEMS微波功率传感器,在不影响传感器微波性能的前提下,实现了过载功率的提升.分别建立了传感器的力学模型和集总参数模型,对过载功率特性和微波特性进行了优化与分析.使用Ansys软件和Hfss软件对传感器相关参数进行了仿真,验证了文章所建立模型的准确性.结果表明,当MIM电容相对值β从1.25变化...     

一种宽动态范围的在线式微波功率检测系统

设计了一种具有宽动态范围的在线式MEMS微波功率检测系统,建立了MEMS悬臂梁的等效模型,对MEMS悬臂梁结构进行了过载功率的理论研究,得到过载功率与梁尺寸的关系。并基于此关系设计了不同尺寸的MEMS梁,以提高系统的功率检测上限,从而提高在线式微波功率检测系统的动态范围。根据系统的结构参数,得到系统理论动态范围为0～8.41 W。建立了微波功率检测系统的仿真模型,s参数仿真结果表明,在8～12 GHz下,系统的回波损耗为-37.61 dB至-46.15 dB,插入损耗为-0.28 dB至-0.16 dB。系统在具有较宽动态范围的同时兼具良好的微波特性。该研究对基于MEMS梁的微波功率检测系统设计具有一定的参考价值。     

电子战微波接收机灵敏度特性

在电子战微波接收机中,灵敏度是个关键性的指标.而灵敏度又与动态范围,瞬时工作带宽等几项指标相互牵制,经常顾此失彼.在微波接收机电路设计中,综合考虑几项指标,选择折中方案,保证灵敏度,又不失其他特性,便成了设计考量的关键.就微波接收机中对灵敏度有影响的幅频特性、噪声等指标进行了分析,阐述了提高灵敏度的途径.     

热电式MEMS微波功率传感器的热学特性研究

热电转换效率直接影响热电式MEMS微波功率传感器的性能。着重对衬底掏空结构的热电式微波功率传感器进行了研究。将热电式微波功率传感器分成三个区域,建立了傅里叶模型,研究背面刻蚀的长度与厚度对热电堆热端温度的影响,发现热电堆两端温差与背面刻蚀的长度、厚度成正比。利用有限元仿真软件ANSYS,对不同刻蚀长度、厚度的传感器进行热学仿真。结果表明,背面刻蚀尺寸越大,热电堆两端的温差越大,传感器的灵敏度得到提高。仿真结果与模型结果具有较高的一致性,验证了模型的准确性。     

4H-SiC功率MESFET直流I-V特性解析模型

提出了一种改进的4H-SiC MESFET大信号直流解析模型。该模型基于栅极下面电荷的二维分布进行分析,在考虑电场相关迁移率、速度饱和及沟道内电荷堆积的基础上,计入沟道长度调制效应,建立基于物理的沟道长度调制效应模型。计算结果表明,计入沟道长度调制效应后的直流模型在饱和区与实测的I-V特性较为吻合。     

基于傅里叶等效模型的MEMS微波功率传感器灵敏度与热电堆长度的研究*

本文采用傅里叶等效模型对一种与GaAs MMIC工艺兼容的终端式MEMS微波功率传感器的热转移行为进行了研究,在该傅里叶等效模型的基础上,重点分析了微波功率传感器灵敏度与热电堆长度之间的关系。对传感器芯片进行了测试,频率为10GHz,输入功率为1~100mW,传感器具有良好的匹配特性和较高的线性度;热电偶的长度为40,70和100μm时,基于该傅里叶等效模型计算得到的灵敏度值分别为0.12,0.20和0.29mV/mW, 而相对应的测试结果分别为0.10,0.22和0.30mV/mW,其误差小于0.02 mV/mW。因此基于该傅里叶等效模型的灵敏度表达式得到了实验验证。     

弯曲悬臂梁静电执行器驱动特性的实验研究

研究了一种弯曲悬臂梁静电执行器。该悬臂梁一端固支，另一端自由翘离基底。在静电力作用下，悬臂梁粘连的位置和长度会改变，使得执行器的电压一位移特性严重依赖加载历史。研究了在不同电压加载方式下，悬臂梁粘连点、端部位移的变化，以及这种变化对驱动电压的影响。实验研究了悬臂梁在方波电压下的振动，并设计实验系统测量了吸下和弹起时间。     

基于灵敏度分析的主轴热特性有限元模型修正

提出了一种基于灵敏度分析的模型修正方法。以某机床厂高精度磨床主轴系统为研究对象,通过有限元法仿真主轴系统温度场,结合试验测得几个关键测量点的实测温度,推导出修正边界条件的灵敏度矩阵,并反求出待修正参数的优化值,修正该主轴系统的热特性有限元模型。试验结果表明,基于灵敏度分析的模型修正方法经过4次迭代就能收敛到最优值,且经修正后的模型参数能使仿真的温度场最大误差从1199%减小到288%。     

单电容式及差分电容式HEMS传感器检测系统

传感器技术是信息社会的四大支柱之一,传感器和计算机结合形成的智能系统大大的拓展了人类生活的空间.在传感器家族中,根据电容的物理特性制作的传感器占有重要地位.电容传感器是很好的状态传感器,可提高电容检测,尤其是微小电容检测的精度,是目前测控技术的热点.本文重点介绍一套微小电容差分高精度检测电路,该套电路可测物体的运动加速度,加速度计的分辨率可达2-18.     

单电容式及差分电容式MEMS传感器检测系统

传感器技术是信息社会的四大支柱之一,传感器和计算机结合形成的智能系统大大的拓展了人类生活的空间。在传感器家族中,根据电容的物理特性制作的传感器占有重要地位。电容传感器是很好的状态传感器,可提高电容检测,尤其是微小电容检测的精度,是目前测控技术的热点。本文重点介绍一套微小电容差分高精度检测电路,该套电路可测物体的运动加速度,加速度计的分辨率可达2-18。     

微波功率模块微波特性的研究

集成固态/真空电子技术的微波功率模块(MPM)是新一代电子武器装备的"超级微波元器件".文中对MPM微波特性进行了研究,由于行波管(TWT)良好的色散特性,使MPM具有宽频带和功率、带宽乘积的优点;又由于固态放大器(SSA)低噪声性能,使MPM具有低噪声特性;高稳定的集成电源(IPC)决定了MPM具有低相位噪声与低杂散的频谱特性,合理的增益分配也使得MPM具有良好噪声特性.文中具体分析了集成电源(IPC)性能对频谱特性的影响,SSA与TWT噪声特性、增益分配对MPM噪声特性的影响,MPM幅相一致性和功率合成效率问题,并给出了仿真曲线,通过对某X波段MPM微波特性测试,验证了MPM优越的性能,也充分表明了MPM具有广泛的应用前景.     

应用光力学效应的非制冷红外成像系统

应用光力学效应的非制冷红外焦平面阵列( Focal Plane Array - FPA) ,配有可见光读出部分的红外成像系统,可以在8 至14μm 光谱区得到热物体成像。其核心部件是双材料悬臂梁结构的焦平面阵列。不同于利用其他效应的非制冷红外成像系统,此种成像系统可以方便的在室温下正常工作,而且省去了相当复杂的信号转换电路,降低了制备复杂程度和成本。采用MEMS 表面硅工艺制备FPA ,深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理、光学读出系统、工艺制备难点,并得到了高温物体红外源的成像响应结果。     

基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外成像系统

报道了一种利用MEMS技术制备,基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外焦平面阵列(FPA)并配有可见光读出部分的红外成像系统,可以在8～14μm光谱区得到成像.基于该结构的非制冷红外成像系统利用的是光力学效应原理.我们采用MEMS表面硅工艺制备FPA,深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理,工艺制备难点和响应结果.