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...     

MEMS微波功率传感器的系统级建模

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...     

终端式MEMS微波功率传感器的设计与制作

A terminating type MEMS microwave power sensor based on the Seebeck effect and compatible with the GaAs MMIC process is presented. An electrothermal model is introduced to simulate the heat transfer behavior and temperature distribution. The sensor measured the microwave power from –20 to 20 dBm up to 20 GHz. The sensitivity of the sensor is 0.27 mV/mW at 20 GHz, and the input return loss is less than –26 dB over the entire experiment frequency range. In order to improve the sensitivity, four different types of coplanar waveguide （CPW） were designed and the sensitivity was significantly increased by about a factor of 2.     

MEMS微波功率传感器的研究与进展

介绍MEMS微波功率传感器的研究与发展,包括自加热式、间接加热式、插入式和电容式微波功率传感器.文中以共面波导(CPW)、负载电阻和热堆作为微波功率传感器的基本单元,对这些基本单元分别作了分析,并给出了这些基本单元和总体结构的性能指标,同时介绍了Si和G以s衬底上制备微波功率传感器的主要工艺.     

热电式MEMS微波功率传感器的封装研究

为了研究热电式MEMS微波功率传感器封装后的性能,提出了一种COB技术的封装方案。首先,采用有限元仿真软件HFSS仿真封装前后的微波特性;然后,基于GaAs MMIC技术对热电式MEMS微波功率传感器进行制备,并对制备好的芯片进行封装。最后,对封装前后传感器的微波特性及输出特性进行测试。实验结果表明,在8～12 GHz频率范围内,封装后回波损耗小于-10.50 dB,封装前的灵敏度为0.16 mV/mW@10 GHz,封装后的灵敏度为0.18 mV/mW@10 GHz。封装后的热电式微波功率传感器输出电压与输入功率仍有良好的线性度。该项研究对热电式MEMS微波功率传感器封装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。     

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。     

一种基于GaAs MMIC技术的X波段电容式膜桥MEMS微波功率传感器

This paper presents the modeling, fabrication, and measurement of a capacitive membrane MEMS microwave power sensor. The sensor measures microwave power coupled from coplanar waveguide （CPW） transmission lines by a MEMS membrane and then converts it into a DC voltage output by using thermopiles. Since the fabrication process is fully compatible with the GaAs monolithic microwave integrated circuit （MMIC） process, this sensor could be conveniently embedded into MMIC. From the measured DC voltage output and S-parameters, the average sensitivity in the X-band is 225.43μV/mW, while the reflection loss is below -14 dB. The MEMS microwave power sensor has good linearity with a voltage standing wave ration of less than 1.513 in the whole X-band. In addition, the measurements using amplitude modulation signals prove that the modulation index directly influences the output DC voltage.     

热电式MEMS微波功率传感器的优化设计

为了提高热电式微波功率传感器的传热效率,改善传感器的性能,对热电式微波功率传感器的衬底结构进行了优化设计,得到了最优的衬底结构尺寸。首先研究衬底厚度对热电式微波功率传感器的影响,然后根据得到的最优衬底厚度,研究基底膜位置及尺寸对热电式微波功率传感器性能的影响,最后对所得最优衬底结构传感器的微波特性以及电磁场分布进行研究。结果表明,当传感器衬底的结构尺寸最优时,传感器的最高温度达到352.76 K,S参数小于-20.62 dB。该结构不仅减少了热量在衬底的堆积,提高了负载电阻到热电堆的热传输效率,而且具有良好的微波特性。     

间接加热终端式MEMS微波功率传感器的温度模拟

在提出间接加热终端式MEMS微波功率传感器结构和工艺的基础上,用Coventorware软件和ANSYS软件对其温度分布进行了模拟,根据热电堆的放置位置不同,分别对热电堆处于终端电阻的下方(结构A)、上方(结构B)和外侧(结构C)三种结构进行了模拟和比较,最后采用了热电堆处于终端电阻下方的结构,热电堆的热端可以测得的温度范围为417.7～419.2K。     

终端式MEMS微波功率传感器的结构模拟

在工艺流程以及材料选择的基础上,用Coventorware和HFSS对间接加热终端式MEMS微波功率传感器进行了模拟与设计。模拟结果包括共面波导(CPW)与终端电阻上的温度分布,以及热电堆的接近对CPW性能的影响。确定了热偶对数为50,热电堆与CPW之间的距离为50μm,并选择了GaAs和Au作为热电偶的两臂,TaN作终端电阻。     

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微波功率传感器的共面波导优化设计

归纳了目前存在的一些减小共面波导损耗的方法,用HFSS模拟了这些方法的插入损耗和回波损耗.根据微波功率传感器的特点选取了二氧化硅隔离层的结构来制作共面波导,指出了这种结构存在的缺陷,并运用半导体物理的知识解释了造成缺陷的原因,最后提出了改进结构并通过HFSS模拟证实了这些结构的正确性.从最终的结果来看,三种优化结构得到的插入损耗绝对值均减小到了0.6dB以下,回波损耗也降到了-30dB以下.     

基于MEMS技术的仿生纤毛风速传感器的设计和仿真

设计了一种可以实现二维风速测量的电容式纤毛传感器,其特点为通过差分电容检测流速,传感器运动结构所对应的背硅被完全刻蚀。采用有限元分析软件,通过流体-固体-静电场的多物理场仿真,分析得到了传感器的差分电容与风速的变化关系。结合电容传感器AD7746的理论精度,计算得出传感器的风速灵敏度为0.25mm/s。此外,设计了基于SOI硅片的传感器微加工制备的工艺流程。