一种新型MEMS微波功率传感器的理论模型与优化设计

提出了一种新型的MEMS微波功率传感器.与传统的结构相比,新结构具有测量误差小、设计简单、使用方便等显著优点.然后在全面考虑了热传导、热对流、热辐射三种传热机制的基础上,对传感器的主要部分即热电堆建立了热模型,进而导出了灵敏度、时间常数、噪声的理论解析式.最后根据拉格朗日乘数法原理,以给定的时间常数和噪声大小为约束条件,求得灵敏度达最大时热偶长度和串联数目的最佳值.

针对功率MEMS器件而设计的高电感密度3D MEMS片内螺线管电感器

在本文中,我们报告了3D电磁电感的设计和测量,该电感嵌入在Si基板中并且可以集成铁芯。通过兼容CMOS的MEMS制造工艺,我们制造出具有良好结构完整性和可重复性的各种电感器设计。电感器的平均电感和品质因数峰峰值变化低于10%,这表明制造工艺是可重复的。在没有铁芯的电感器中,5匝电感器达到最高品质因数(21MHz时为37.6),20Ω电感器中达到了最高的电感和电感密度(分别为86.6nH和21.7nH/mm^2)。在铁芯电感器中,15匝电感器的电感为1063nH,电感密度为354.3nH/mm^2,比不带铁芯的相同设计高近18倍,据我们所知,这是MEMS微电感的最高电感密度。这种类型的电感器是RF MEMS和电磁功率MEMS器件中的重要组件,可以提高其性能和效率。

耦合式MEMS微波功率传感器的研究

为了从根本上解决在线式微波功率传感器灵敏度、动态范围和微波性能之间的矛盾,本文创新性地设计出一种耦合在线式MEMS微波功率传感器,将微波功率的提取和检测两个过程相互独立。根据理论解析模型,得到了灵敏度特性与耦合度的关系,分析对比了耦合度分别为10%和20%时的微波特性及灵敏度特性差异。实验结果表明:两种耦合式MEMS微波功率传感器的反射损耗均小于-20 dB,说明具有良好的反射性能;两种耦合式MEMS微波功率传感器的插入损耗均大于-1.5 dB,说明具有良好的传输性能。耦合度10%的系统灵敏度为1.2 mV/W@9 GHz、1.4 mV/W@10 GHz和0.8 mV/W@11 GHz,耦合度20%的系统灵敏度为2.4 mV/W@9 GHz、2.4 mV/W@10 GHz和1.3 mV/W@11 GHz,并具有良好的线性度。本文对于MEMS微波功率传感器研究具有一定的参考价值。

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变化至0.8时,过载功率可提高3.43倍至6.57倍;经过优化,系统仍保持较好的微波匹配特性。该研究成果对于MEMS微波功率传感器过载功率的提高具有一定的参考价值。

基于MEMS技术的差分式微波信号相位检测器

提出了基于MEMS技术,由功分器、45°移相器和MEMS电容式微波功率传感器组成差分式微波信号相位检测器,实现了在被测信号幅度未知条件下全周期的相位测量.利用HFSS对各组件进行了模拟设计,包括功分器的模拟与设计和MEMS电容式微波功率传感器的模拟与设计,特别采用GaAs MMIC工艺制作了其中的MEMS电容式微波功率传感器,在8-12GHz的频率范围内,回波损耗小于-20dB,插入损耗小于0.2dB.最后利用ADS对整个系统进行了模拟,模拟结果与理论计算结果的误差在3.5%以内,并进行了误差分析.