多谐振频率固支梁压电能量收集器的设计

为了提高压电振动能量收集器的转换效率,设计了两种固支梁组合方案来实现多谐振频率压电能量收集器。建立固支梁结构的力学模型,得到影响固支梁谐振频率的因素。通过Comsol多物理场软件,仿真验证了两种方案的输出稳态电压频率响应。方案1实现的频带范围为9 Hz,方案2实现的频带范围可达41 Hz。总结了两种方案的优缺点,研究结果对多谐振频率固支梁压电能量收集器的设计及应用具有一定的参考价值。     

MEMS微波功率传感器拉格朗日模型的研究

为了改善热电式微机电系统(MEMS)微波功率传感器的综合性能,首先对负载电阻至热电堆的距离、热偶长度、热偶数目建立灵敏度、噪声系数和时间常数的理论解析模型。根据理论解析模型,分析得到了时间常数、噪声系数对于灵敏度的制约作用。然后基于拉格朗日乘数法建立了在特定噪声系数、时间常数限制下的灵敏度优化解析模型。最终,依据所建立的灵敏度优化模型,得到热电式MEMS微波功率传感器灵敏度最大时的负载电阻至热电堆的距离、热偶长度、热偶数目。实验表明:与传统结构的传感器相比,依据该结构参数设计的传感器的灵敏度特性有了较大改善。因此,所建立的基于拉格朗日乘数法的灵敏度优化解析模型对于研究热电式MEMS微波功率传感器具有一定的参考价值和指导意义。     

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。     

热电式MEMS微波功率传感器模型的研究

为了提高热电式微机电系统(MEMS)微波功率传感器的灵敏度特性,建立了噪声系数、时间常数和灵敏度的理论解析模型。根据理论解析模型,分析得到了影响噪声系数、时间常数的首要因素、次要因素;然后,探究了噪声系数和时间常数对灵敏度特性的制约;最终,发现制约热电式MEMS微波功率传感器灵敏度特性的两个关键结构参数:热电偶的长度和数目。依据所建立的理论解析模型,设计了一种渐变结构的热电式MEMS微波功率传感器,实验表明该传感器在8~12 GHz频率范围的回波损耗在-22~-19 dB,具有较好的匹配特性。系统灵敏度分别为0.23 mV/mW@8 GHz、0.22 mV/mW@10 GHz、0.21 mV/mW@12 GHz,较与传统结构的灵敏度特性有了较大改善。因此,所建立的噪声系数、时间常数和灵敏度的理论解析模型对于研究热电式MEMS微波功率传感器具有一定的参考价值和指导意义。     

热电式MEMS微波功率传感器结构优化的研究

为了改善热电式微电子机械系统(MEMS)微波功率传感器的综合性能,研究了负载电阻与热电堆的间距、衬底背面刻蚀的厚度、长度以及热偶长度4个结构参数,将传感器分成3个区域讨论,建立了热电式MEMS微波功率传感器的灵敏度解析模型。此外,还研究了热电式MEMS微波功率传感器的时间常数模型,传感器的时间常数由负载电阻和热电堆的时间常数组成。最后,根据理论模型分析得出当减小负载电阻与热电堆的间距、增加背面刻蚀厚度、长度以及热偶长度为400μm时,能在保持较小的时间常数的情况下提高灵敏度,从而改善热电式MEMS微波功率传感器的综合性能,这对热电式MEMS微波功率传感器的结构参数的设计与优化具有一定的参考价值和指导意义。