[實用新型]一種高熱電轉換效率的功率傳感器

有效

• 申請號: 201920061377.6
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN209486178U
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王德波;楊磊;谷新豐
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01R21/02
• 分類號: G01R21/02
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

一種高熱電轉換效率的功率傳感器，包括中心信號線、地線、負載電阻、石墨烯、熱電堆、測試電極；所述功率傳感器采用高阻硅作為襯底，所述中心信號線設置在襯底中部，所述地線設置在中心信號線的兩側，所述中心信號線的一端分別與兩側的地線并聯一個負載電阻；所述熱電堆設置在襯底上，與負載電阻之間填充石墨烯，所述熱電堆的兩側端口均連接有測試電極。當微波信號在共面波導傳輸時，負載電阻產生熱能，并通過石墨烯導熱層高效率地傳遞給熱電堆熱端，熱電堆產生溫度差，利用Seeback效應產生與微波功率一一對應的電壓，通過檢測電壓，從而實現功率的檢測。本實用新型所述的微波功率傳感器采用了石墨烯進行熱傳導，提高了靈敏度且便于集成。

技術領域

本發明涉及微電子機械系統技術領域，具體涉及一種高熱電轉換效率的功率傳感器。

背景技術

近年來，對于石墨烯材料的研究不斷發展，發現石墨烯具有優異的導電導熱性能，同時石墨烯具有耐高溫耐腐蝕的優點，而其良好的機械性能和較低的密度更讓其具備了在電熱材料領域取代金屬的潛力。因此，將石墨烯材料應用于熱電式微波功率傳感器上，利用其優異的導電導熱性能提高熱電轉換效率。

在微電子機械系統（MEMS）的微波研究中，微波功率是表征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于熱電轉換原理的微波功率傳感器，把微波信號通過負載電阻轉化成熱，然后再利用熱電堆的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。然而，由于襯底存在一定的導熱率，負載電阻與熱電堆之間的熱傳輸會有損失，從而降低了熱電轉換效率。

發明內容

本發明目的在于提供一種高熱電轉換效率的功率傳感器。該功率傳感器利用石墨烯的高導熱性能提高負載電阻和熱電堆冷端之間的溫差，從而提高熱電轉換，具有可觀的電輸出性能、較高的靈敏度，高良品率等特點。

一種高熱電轉換效率的功率傳感器，包括中心信號線、地線、負載電阻、石墨烯、熱電堆、測試電極；

所述功率傳感器采用高阻硅作為襯底，所述中心信號線設置在襯底中部，所述地線設置在中心信號線的兩側，所述中心信號線的一端分別與兩側的地線并聯一個負載電阻；

所述熱電堆設置在襯底上，與負載電阻之間填充石墨烯，所述熱電堆的兩側端口均連接有測試電極。

進一步地，當微波信號在中心信號線上傳輸時，通過末端兩個并聯的負載電阻吸收微波功率，負載電阻將功率轉換為熱能，再利用石墨烯材料將熱能傳輸至熱電堆熱端，則熱電堆兩端產生溫度差，根據Seebeck效應，測試電極產生與微波功率一一對應的電壓，由此通過測量電壓即可得到微波信號的功率。

有益效果：

1.所述高熱電轉換效率的功率傳感器利用石墨烯材料的高導熱率，降低了負載電阻與熱電堆熱端之間的熱損失，從而提高了熱電堆兩端的溫度差，提高了熱電轉換效率，具有較高的靈敏度。

2.所述高熱電轉換效率的功率傳感器采用的石墨烯材料缺陷少，內部交聯，用其進行負載電阻與熱電堆之間的熱傳導，具有較高的熱穩定性，且石墨烯升降溫速率快，大大地提高了微波功率傳感器的性能。

3.所述高熱電轉換效率的功率傳感器基于熱電式微波功率傳感器的優化，因此具有熱電式微波功率傳感器的高線性度，測量帶寬非常寬，以及較高的動態范圍等優點。

4.此外，本實用新型基于MEMS技術，具有MEMS的基本優點，如體積小、重量輕、功耗低，便于集成等，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是本發明一種高熱電轉換效率的微波功率傳感器的俯視圖。

標識說明：1-中心信號線；2-地線；3-負載電阻；4-石墨烯；5-熱電堆；6-測試電極。