[發明專利]一種基于超材料結構的微波功率傳感器

有效

• 申請號: 201710898026.6
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107632193B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 韓磊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R21/00
• 分類號: G01R21/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開了一種基于超材料結構的微波功率傳感器，包括基板、輸入微帶信號線、懸臂梁結構輸入微帶信號線、懸臂梁結構輸出微帶信號線、輸出微帶信號線、叉指結構、開路短截線電感以及微帶線地線，該微波功率傳感器是在基板上放置由懸空的叉指結構和開路短截線電感構成的超材料結構，當輸入的微波功率發生變化時，微波功率對相互平行、懸空的叉指結構的吸引，導致叉指結構的位移，從而使得叉指電容和開路短截線電感構成的超材料結構產生相應的相移輸出，通過檢測超材料結構的相移，實現微波功率的測量，本發明靈敏度高，且為相移輸出，測量誤差小，同時還具有結構簡單、成本低、體積小、功耗低、工藝兼容等優勢。

技術領域

本發明是一種基于超材料結構的微波功率傳感器，屬于微電子器件技術領域。

背景技術

在微波技術研究中，微波功率是表征微波信號特征的一個重要參數。在微波無線應用和測量技術中，微波功率的探測是一個非常重要的部分。傳統的測量微波功率的技術是基于熱敏電阻、熱偶或二極管實現，而這些均為終端器件，微波信號將會在功率測量中被完全消耗掉。近年來，國內外提出了三類基于MEMS技術的在線式微波功率傳感器結構：一種是利用共面波導信號線上的歐姆損耗，通過放置在附近的熱電堆將其轉化為熱電勢輸出；第二種是在共面波導的上方放置MEMS膜，通過測量膜因共面波導上傳輸的微波功率對其的吸引產生的位移實現微波功率的測量；第三種是在共面波導的上方放置MEMS膜，

通過膜與信號線之間的耦合電容將一小部分微波功率耦合出來并引入熱電堆實現微波功率的測量。這三種類型的在線式微波功率傳感器在對微波信號的功率進行測量后，微波信號仍然可以使用，而且具有結構簡單、體積小、與Si工藝或GaAs工藝相兼容等優點，但是現在人們還在不斷研究更靈敏、測量范圍更大、測量誤差更小的傳感器。

發明內容

正對上述問題，本發明提供了一種基于超材料結構的微波功率傳感器，該微波功率傳感器利用超材料結構的相移輸出原理實現，當輸入的微波功率發生變化時，微波功率對相互平行、懸空的叉指結構的吸引導致叉指結構的位移，從而使得叉指結構構成的叉指電容發生變化，導致由叉指電容和開路短截線電感構成的超材料結構產生相應的相移輸出，通過檢測超材料結構的相移，實現微波功率的測量。采用該結構可以實現高靈敏度、相移輸出和低功耗，并且能與Si或GaAs工藝相兼容，解決在材料、工藝、可靠性、可重復性和生產成本等諸多方面的問題，從而為實現基于超材料結構的微波功率傳感器在集成電路中的產業化應用提供了支持和保證。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于超材料結構的微波功率傳感器，該微波功率傳感器包括基板、輸入微帶信號線、懸臂梁結構輸入微帶信號線、懸臂梁結構輸出微帶信號線、輸出微帶信號線、懸臂梁結構輸入微帶信號線和懸臂梁結構輸出微帶信號線之間的叉指結構、開路短截線電感以及微帶線地線。該微波功率傳感器是在基板上放置由懸空的叉指結構和開路短截線電感構成的超材料結構，具體結構為微帶線地線位于基板的下表面，其余部分放置于基板的上表面，輸入微帶信號線與輸出微帶信號線平行放置，懸臂梁結構輸入微帶信號線與懸臂梁結構輸出微帶信號線平行放置在基板上表面兩側，輸入微帶信號線和輸出微帶信號線分別與懸臂梁結構輸入微帶信號線和懸臂梁結構輸出微帶信號線連接，開路短截線電感分別與輸入微帶信號線和輸出微帶信號線連接，叉指結構分為兩組，兩組叉指結構相互平行、相互交錯、懸空的放置于懸臂梁結構輸入微帶信號線與懸臂梁結構輸出微帶信號線之間，其中一組叉指結構與懸臂梁結構輸入微帶信號線連接，另一組叉指結構與懸臂梁結構輸出微帶信號線連接。當輸入的微波功率發生變化時，微波功率對相互平行、懸空的叉指結構的吸引導致叉指結構的位移，從而使得叉指結構構成的叉指電容發生變形，導致由叉指電容和開路短截線電感構成的超材料結構產生相應的相移輸出，通過檢測超材料結構的相移，實現微波功率的測量。超材料結構的相移公式為：

其中，Δφ是相移變化，f是輸入微波信號頻率，L是開路短截線電感量，C是沒有輸入微波功率時的基準叉指電容量，ΔC是輸入微波功率時叉指電容變化量。