双热电堆平衡式mems微波功率传感器的研究

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1、摘要本文设计了一种新型的MEMS微波功率传感器，并进行了具体的研究。首先，本文介绍了微电子机械系统的发展历史，详细研究了传统型微波功率传感器的发展历程，对国内外已有的各种微波功率传感器文献进行了深入研究和总结，指出了传统型微波功率传感器存在的主要问题及一般解决方法，概括了本文的主要工作及所设计传感器的目标要求。然后，本文叙述了间接加热式微波功率传感器的原理及传热学知识，具体介绍了传感器的三个组成部分即共面波导、终端负载电阻及热电堆的工作原理。在此基础上，本文提出了一种新型的双热电堆平衡式MEMS微波功率传感器。这

2、种新型微波功率传感器运用了电路知识里的差分原理，与传统微波功率传感器相比，这种新结构在传统微波功率传感器结构的右端加入了与左端完全相同的热电堆、终端负载电阻和共面波导传输线，微波功率首先通过左端共面波导(CPW)传输给终端负载电阻使其发热，热量使放置在左端负载电阻附近的左端热电堆的温度升高，同时，右端的终端负载电阻也吸收直流电压源的能量从而使右端热电堆的温度升高，通过调节右端电路中电压源的大小，使左右两个热电堆的输出端热电势相等，则左端待测微波信号的功率就等于右端直流电阻上消耗的功率，从而实现微波信号功率的测量。

3、与原来已有的各种MEMS微波功率传感器相比，本文提出的新型微波功率传感器利用了对称的思想，抵消了由于各种热损失所带来的功率测量误差，解决了传统型微波功率传感器灵敏度不高的问题。接着，本文在双热电堆平衡式微波功率传感器的基础上提出了一种在CPW前端加天线的无线接收式微波功率传感器结构，分析了传感器的工作过程，优化了传感器的结构。然后，本文对传感器的三个主要部分进行了分析与讨论。针对共面波导部分，归纳了目前存在的一些减小共面波导损耗的方法，提出了改进结构并通过HFSS模拟证实了结构的正确性；对于终端负载电阻部分，建立

4、了传感器终端负载电阻的热学解析模型，利用ANSYS模拟了传感器终端负载电阻的温度分布以验证该热学模型的正确性；对于热电堆部分，本文建立了传感器热电堆的温度分布模型，并用ANSYS进行了模拟验证，此外，利用已有的传感器微波损耗模型推导了在考虑微波功率损耗下的输出电压表达式。接着，本文在已有结构的基础上给出了新型传感器的版图设计和工艺制备流程，设计出了几组可以进行对比分析的试验结构，以得出各种设计参数对传感器性能的影响，并对流水后的传感器芯片进行了测试和分析。最后，对本文进行了总结，归纳了双热电堆平衡式微波功率传感器

5、存在的不足之处及改进方法，这些有待于以后进行深入研究和改进。关键词：MEMS微波功率传感器双热电堆CPW终端负载电阻东南大学硕士学位论文AbstractAnovelMEMSmicrowavepowersensorisproposedandanalyzedforthefirsttime．Atfirst,thehistoryofmicro-elecma-mechanicalsystemsisintroducedandthedevelopmentoout'seoftheindirectly-heatedmicrowav

6、epowersensorisexpounded．Theproblemsandgeneralsolutionsofthetraditionalmicrowavepowersensorsarepointedout．Thenthemainworkofthispaperandthedesignobjectivesofthissensoraresummarized．Andtheprincipleoftheindirectly-heatedmicrowavepowersensorandtheheattransfertheor

7、yaregiven．Theprinciplesofthecoplanarwaveguide，terminalloadresistanceandthermopileareintroduced．Basedonthese，anoveldouble-thermopilebalanceableMEMSmicrowavepowersensorispresented．Theoperationmechanismofthisnewdouble-thermopilebalance'ableMEMSmicrowavepowersens

8、orisbasedonthedifferenceprincipleofthecircuit．Compared谢ththetraditionalmicrowavepowerSenSOrS，thefightsideofthisnovelsensorhasthesamecPw,terminalloadresistanceandthermopileastheleftside．Wh