雙熱電堆平衡式MEMS微波功率傳感器的研究.pdf

1、本文設(shè)計(jì)了一種新型的MEMS微波功率傳感器,并進(jìn)行了具體的研究，介紹了微電子機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展歷史,詳細(xì)研究了傳統(tǒng)型微波功率傳感器的發(fā)展歷程,對(duì)國(guó)內(nèi)外已有的各種微波功率傳感器文獻(xiàn)進(jìn)行了深入研究和總結(jié),指出了傳統(tǒng)型微波功率傳感器存在的主要問(wèn)題及一般解決方法,概括了本文的主要工作及所設(shè)計(jì)傳感器的目標(biāo)要求。 本文闡述了間接加熱式微波功率傳感器的原理及傳熱學(xué)知識(shí),具體介紹了傳感器的三個(gè)組成部分即共面波導(dǎo)、終端負(fù)載電阻及熱電堆的工作原理。提出

2、了一種新型的雙熱電堆平衡式MEMS微波功率傳感器。這種新型微波功率傳感器運(yùn)用了電路知識(shí)里的差分原理,與傳統(tǒng)微波功率傳感器相比,這種新結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的右端加入了與左端完全相同的熱電堆、終端負(fù)載電阻和共面波導(dǎo)傳輸線,微波功率首先通過(guò)左端共面波導(dǎo)(CPW)傳輸給終端負(fù)載電阻使其發(fā)熱,熱量使放置在左端負(fù)載電阻附近的左端熱電堆的溫度升高,同時(shí),右端的終端負(fù)載電阻也吸收直流電壓源的能量從而使右端熱電堆的溫度升高,通過(guò)調(diào)節(jié)右端電路中電壓

3、源的大小,使左右兩個(gè)熱電堆的輸出端熱電勢(shì)相等,則左端待測(cè)微波信號(hào)的功率就等于右端直流電阻上消耗的功率,從而實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)功率的測(cè)量。與原來(lái)已有的各種MEMS微波功率傳感器相比,本文提出的新型微波功率傳感器利用了對(duì)稱的思想,抵消了由于各種熱損失所帶來(lái)的功率測(cè)量誤差,解決了傳統(tǒng)型微波功率傳感器靈敏度不高的問(wèn)題。接著,本文在雙熱電堆平衡式微波功率傳感器的基礎(chǔ)上提出了一種在CPW前端加天線的無(wú)線接收式微波功率傳感器結(jié)構(gòu),分析了傳感器的工作過(guò)程,優(yōu)

4、化了傳感器的結(jié)構(gòu)。然后,本文對(duì)傳感器的三個(gè)主要部分進(jìn)行了分析與討論。針對(duì)共面波導(dǎo)部分,歸納了目前存在的一些減小共面波導(dǎo)損耗的方法,提出了改進(jìn)結(jié)構(gòu)并通過(guò)HFSS模擬證實(shí)了結(jié)構(gòu)的正確性；對(duì)于終端負(fù)載電阻部分,建立了傳感器終端負(fù)載電阻的熱學(xué)解析模型,利用ANSYS模擬了傳感器終端負(fù)載電阻的溫度分布以驗(yàn)證該熱學(xué)模型的正確性；對(duì)于熱電堆部分,本文建立了傳感器熱電堆的溫度分布模型,并用ANSYS進(jìn)行了模擬驗(yàn)證,此外,利用已有的傳感器微波損耗模型推導(dǎo)