双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性

为了降低双通道MEMS微波功率传感器的回波损耗,提高传感器的测量精度,对MEMS悬臂梁的匹配特性进行了研究。首先,通过双通道MEMS微波功率传感器结构构建S参数的理论解析模型,分析了双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性,得到了MEMS悬臂梁的间距和回波损耗系数S11的关系;接着利用有限元软件HFSS进行仿真,并和理论结果比较;然后,设计并制作了双通道微波功率传感器;最后,对该传感器的匹配特性进行了测试和分析。实验结果表明:当MEMS悬臂梁的间距为1.6μm时,该传感器在测量8~12GHz频率内的微波信号时,回波损耗小于-19dB。理论和仿真结果较为相符,因此S参数的理论解析模型可以较好地反映双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性,对双通道MEMS微波功率传感器的设计具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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。