基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統的製作方法

2023-09-19 19:51:50

本實用新型涉及微電子機械系統的技術領域，特別是基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統。

背景技術：

在微波研究中，微波功率是表徵微波信號的一個重要參數。在微波信號的產生、傳輸及接收各個環節的研究中，微波功率的檢測是必不可少的。最常見的微波功率檢測器是基於熱電轉換原理的微波功率傳感器，它把微波信號通過負載電阻轉化成熱，然後再利用熱電堆的Seebeck效應把此熱轉換成與待測微波功率成正比的直流電壓輸出。傳統微波功率傳感器的缺點在於測量的信號幅度比較小，測量幅度較大的信號需要外置的耦合器或者衰減器。近20多年來，隨著MEMS技術的飛速發展，對MEMS懸臂梁結構進行了深入的研究，使得採用MEMS懸臂梁結構實現微波功率檢測成為可能。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，而提供一種基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統，可對微波信號的功率進行精確測量，測量信號的幅度範圍大、而且便於集成。

本實用新型為解決上述技術問題採用以下技術方案：

根據本實用新型提出的一種基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統，包括襯底，襯底上設有共面波導CPW信號線，CPW信號線的兩側分別設有CPW地線，每根CPW地線旁各設有電容檢測第一埠和電容檢測第二埠，每根CPW地線上均設有2個橋墩，每個橋墩上分別設有一個MEMS懸臂梁，這4個MEMS懸臂梁的長度是不同的，MEMS懸臂梁的下方設有傳感電極，傳感電極與其同側的電容檢測第一埠之間設有膜橋，膜橋的下方設有連接線，傳感電極通過連接線與其同側的電容檢測第一埠連接，CPW地線與其同側的電容檢測第二埠連接，連接線上、MEMS懸臂梁下方的CPW信號線上、傳感電極上均設有絕緣介質層。

作為本實用新型所述的一種基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統進一步優化方案，所述襯底為GaAs襯底。

作為本實用新型所述的一種基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統進一步優化方案，CPW信號線設在GaAs襯底上的中間。

作為本實用新型所述的一種基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統進一步優化方案，所述絕緣介質層為氮化矽介質層。

本實用新型採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

（1）動態範圍大：當待測微波功率較小時，較長的MEMS懸臂梁臂容易下拉，電容發生變化；當待測微波功率較大時，使較短的MEMS懸臂梁臂下拉，電容發生變化；從而可以擴展檢測功率的動態範圍；

（2）精度高：級聯的懸臂梁結構，在微波功率較大時，不管是長的還是短的懸臂梁都會下拉，使得在測量大微波功率時電容動態範圍更大，單位變化電容下的檢測功率更小，從而提高測量精度；

（3）本實用新型這種結構是基於MEMS技術的，具有MEMS的基本優點，如體積小、重量輕、功耗低等；該結構全部都是無源器件構成，不需要消耗直流功率；且與單片微波集成電路（MMIC）工藝兼容，便於集成，這一系列優點是傳統的微波功率檢測器無法比擬的，因此它具有很好的研究和應用價值。

附圖說明

圖1是基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統的原理圖。

圖2是基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統的俯視圖。

圖中的附圖標記解釋為：1- CPW信號線，2-CPW地線，3-電容式MEMS微波功率傳感器的傳感電極，4-1、4-2、4-3、4-4為四個不同長度的MEMS懸臂梁，5-膜橋，6-電容檢測第一埠，7-電容檢測第二埠，8- GaAs襯底。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示，當待測微波功率較小時，由於靜電力較小，只有較長的MEMS懸臂梁臂下拉；當待測微波功率較大時，由於靜電力較大，可以使較短的MEMS懸臂梁臂下拉。採用這種檢測方式不但可以擴展檢測微波功率的動態範圍，而且當微波信號較大時，四個長度不同的MEMS懸臂梁同時下拉，從而提高了檢測精度。

如圖2所示, 一種基於懸臂梁級聯結構的高精度微波功率檢測系統，包括GaAs襯底8，GaAs襯底上的中間設有共面波導CPW信號線1，CPW信號線的兩側分別設有CPW地線2，每根CPW地線旁各設有電容檢測第一埠和電容檢測第二埠，每根CPW地線上均設有2個橋墩，每個橋墩上分別設有一個MEMS懸臂梁4-1、4-2、4-3、4-4，這4個MEMS懸臂梁的長度是不同的，MEMS懸臂梁的下方（CPW信號線的旁邊）設有傳感電極3，傳感電極與其同側的電容檢測第一埠6之間設有膜橋5，膜橋的下方設有連接線，傳感電極通過連接線與其同側的電容檢測第一埠連接，CPW地線與其同側的電容檢測第二埠7連接，連接線上、MEMS懸臂梁下方的CPW信號線上、傳感電極上均設有絕緣介質層。

所述絕緣介質層可以為氮化矽介質層。

微波功率在通過CPW信號線時，會產生靜電力，從而將四個長度不同的MEMS懸臂梁下拉，引起MEMS懸臂梁與傳感電極之間電容發生變化，電容的變化量與信號功率幅度是一一對應的，從而檢測出信號功率的幅值。

以上所述的具體實施方案，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方案而已，並非用以限定本實用新型的範圍，任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應屬於本實用新型保護的範圍。