微波功率传感器的制作方法

1.本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种微波功率传感器。


背景技术：

2.在通信技术和集成电路的不断发展中，微波功率是一个必不可缺的重要参数，微波功率传感器用于测量接收端/发送端的功率，具有快速响应、高灵敏度、宽频带等优势，同时可集成化、小型化。为了进一步提高微波功率传感器的可靠性，在微波功率传感器中需要考虑设计自我保护机制，可以在通讯、雷达、导航等领域拥有更加广泛的应用前景。
3.针对上述问题，有必要提出一种设计合理且有效解决上述问题的微波功率传感器。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种微波功率传感器。
5.本发明提供一种微波功率传感器，所述传感器包括基板以及设置在所述基板上的热电堆、共面波导单元、第一匹配电阻、第二匹配电阻、第一v形梁和第二v形梁；
6.所述共面波导单元与所述热电堆相对间隔设置；
7.所述第一匹配电阻和所述第二匹配电阻相对间隔设置在所述热电堆和所述共面波导单元之间；
8.所述第一v形梁的顶端与所述第一匹配电阻连接，所述第一v形梁的另一端与所述共面波导单元连接，其中，所述第一v形梁上设置有相对间隔分布的第一金属条；
9.所述第二v形梁的顶端与所述第二匹配电阻连接，所述第二v形梁的另一端与所述共面波导单元连接，其中，所述第二v形梁上设置有相对间隔分布的第二金属条。
10.可选的，所述共面波导单元包括共面波导信号线，以及设置在所述共面波导信号线两侧的第一共面波导地线和第二共面波导地线；
11.所述第一v形梁包括第一v形梁支梁和第二v形梁支梁，所述第二v形梁包括第三v形梁支梁和第四v形梁支梁；其中，
12.所述第一v形支梁的第一端与所述第一匹配电阻的第一端连接，所述第一v形支梁的第二端与所述第一共面波导地线连接；
13.所述第二v形支梁的第一端与所述第一匹配电阻的第二端连接，所述第二v形支梁的第二端与所述共面波导信号线连接；
14.所述第三v形支梁的第一端与所述第二匹配电阻的第一端连接，所述第三v形支梁的第二端与所述共面波导信号线连接；
15.所述第四v形支梁的第一端与所述第二匹配电阻的第二端连接，所述第四v形支梁的第二端与所述第二共面波导地线连接。
16.可选的，所述第一金属条设置在所述第一v形梁支梁和所述第二v形梁支梁之间；
17.所述第二金属条设置在所述第三v形梁支梁和所述第四v形梁支梁之间。
18.可选的，所述第一金属条包括相对间隔设置的第一金属子条和第二金属子条；其中，
19.所述第一金属子条的第一端与所述第一v形梁支梁朝向所述第二v形梁支梁的一侧固定连接；
20.所述第二金属子条的第一端与所述第二v形梁支梁朝向所述第一v形梁支梁的一侧固定连接；
21.所述第一金属子条的第二端与所述第二金属子条的第二端均悬置于所述基板上。
22.可选的，所述第二金属条包括相对间隔设置的第三金属子条和第四金属子条；其中，
23.所述第三金属子条的第一端与所述第三v形梁支梁朝向所述第四v形梁支梁的一侧固定连接；
24.所述第四金属子条的第一端与所述第四v形梁支梁朝向所述第三v形梁支梁的一侧固定连接；
25.所述第三金属子条的第二端与所述第四金属子条的第二端均悬置于所述基板上。
26.可选的，所述第一金属子条与所述第二金属子条之间的间隔与所述第三金属子条与所述第四金属子条之间的间隔相等。
27.可选的，所述第一金属条与所述第二金属条相对设置。
28.可选的，所述第一金属条与所述第二金属条的尺寸相同。
29.可选的，所述第一金属条靠近所述第一匹配电阻设置，所述第二金属条靠近所述第二匹配电阻设置。
30.可选的，所述第一金属条和所述第二金属条的材料可为金或铜材料；
31.所述第一v形梁和所述第二v形梁的材料可为金或铜材料。
32.本发明提供的微波功率传感器，利用微波信号在第一匹配电阻和第二匹配电阻上产生的热量，使得第一v形梁和第二v形梁受热膨胀来自动控制功率传输阈值，使用过程中无功耗；通过在第一v形梁上设置相对间隔分布的第一金属条，以及在第二v形梁上设置相对间隔分布的第二金属条，实现信号传输短路的自保护机制，性能优越且结构简单；该微波功率传感器的自保护结构灵活度好、无功耗、可靠性高；该微波功率传感器结构简单，整个传感器通过微电子加工工艺，减小了器件的尺寸，有利于实现传感器的小型化。
附图说明
33.图1为本发明一实施例的微波功率传感器的俯视图；
34.图2为本发明另一实施例的微波功率传感器的a-a'剖面图；
35.图3为本发明另一实施例的微波功率传感器传输的微波信号功率超过阈值功率时的俯视图。
具体实施方式
36.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
37.如图1所示，本发明提供一种微波功率传感器100，微波功率传感器100包括基板110以及设置在基板110上的热电堆120、共面波导单元130、第一匹配电阻141、第二匹配电阻142、第一v形梁151和第二v形梁152。
38.共面波导单元130与热电堆120相对间隔设置。第一匹配电阻141和第二匹配电阻142相对间隔设置在热电堆120和共面波导单元130之间。共面波导单元130与第一匹配电阻141和第二匹配电阻142实现抗阻匹配。
39.第一v形梁151的顶端与第一匹配电阻141连接，第一v形梁151的另一端与共面波导单元130连接，其中，第一v形梁151上设置有相对间隔分布的第一金属条161。
40.第二v形梁152的顶端与第二匹配电阻142连接，第二v形梁152的另一端与共面波导单元130连接，其中，第二v形梁152上设置有相对间隔分布的第二金属条162。
41.本发明提供的微波功率传感器，利用微波信号在第一匹配电阻和第二匹配电阻上产生的热量，使得第一v形梁和第二v形梁受热膨胀来自动控制功率传输阈值，使用过程中无功耗；通过在第一v形梁上设置相对间隔分布的第一金属条，以及在第二v形梁上设置相对间隔分布的第二金属条，实现信号传输短路的自保护机制，性能优越且结构简单；该微波功率传感器的自保护结构灵活度好、无功耗、可靠性高；该微波功率传感器结构简单，整个传感器通过微电子加工工艺，减小了器件的尺寸，有利于实现传感器的小型化。
42.示例性的，如图1和图3所示，共面波导单元130包括共面波导信号线131，以及设置在共面波导信号线131两侧的第一共面波导地线132和第二共面波导地线133。在本实施例中，共面波导信号线131、第一共面波导地线132和第二共面波导地线133构成共面波导传输线。
43.如图1、图2和图3所示，第一v形梁151包括第一v形梁支梁151a和第二v形梁支梁151b，其中，第一v形梁支梁151a的第一端与第一匹配电阻141的第一端连接，第一v形梁支梁151a的第二端与第一共面波导地线132连接；第二v形梁支梁151b的第一端与第一匹配电阻141的第二端连接，第二v形梁支梁151b的第二端与共面波导信号线131连接。
44.如图1、图2和图3所示，第二v形梁152包括第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b，其中，第三v形梁支梁152a的第一端与第二匹配电阻142的第一端连接，第三v形梁支梁152a的第二端与共面波导信号线131连接；第四v形梁支梁152b的第一端与第二匹配电阻142的第二端连接，第四v形梁支梁152b的第二端与第二共面波导地线133连接。
45.示例性的，如图1所示，第一金属条161设置在第一v形梁支梁151a和第二v形梁支梁151b之间。第二金属条162设置在第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b之间。
46.进一步地，如图1和图2所示，第一金属条161包括相对间隔设置的第一金属子条161a和第二金属子条161b。其中，
47.第一金属子条161a的第一端与第一v形梁支梁151a朝向第二v形梁支梁151b的一侧固定连接，第一金属子条161a的第二端悬置于基板110上；第二金属子条161b的第一端与第二v形梁支梁151b朝向第一v形梁支梁151a的一侧固定连接，第二金属子条161b的第二端悬置于基板110上。
48.更进一步地，如图1和图2所示，第二金属条162包括相对间隔设置的第三金属子条162a和第四金属子条162b。其中，
49.第三金属子条162a的第一端与第三v形梁支梁152a朝向第四v形梁支梁152b的一
侧固定连接，第三金属子条162a的第二端悬置于基板110上；第四金属子条162b的第一端与第四v形梁支梁152b朝向第三v形梁支梁152a的一侧固定连接，第四金属子条162b的第二端悬置于基板110上。
50.示例性的，如图1和图2所示，第一金属条161与第二金属条162相对设置。也就是说，第一金属条161在第一v形梁151上的位置与第二金属条162在第二v形梁上的位置相同。进一步地，第一金属条161与第二金属条162的尺寸相同。
51.示例性的，如图1和图2所示，第一金属子条161a与第二金属子条161b之间的间隔与第三金属子条162a与第四金属子条162b之间的间隔相等。
52.示例性的，如图1和图3所示，第一金属条161靠近第一匹配电阻141设置，第二金属条162靠近第二匹配电阻142设置。
53.示例性的，第一金属条161和第二金属条162可以采用金或铜等材料。当然，第一金属条161和第二金属条162也可以采用其他的材料，本实施例不做具体限定。第一v形梁151和第二v形梁152可以采用金或铜等材料。当然，第一v形梁151和第二v形梁152也可以采用其他的材料，本实施例不做具体限定。
54.本发明的微波功率传感器的使用方法为：共面波导单元130与第一匹配电阻141和第二匹配电阻142实现阻抗匹配。也就是说，共面波导传输线与第一匹配电阻141和第二匹配电阻142实现阻抗匹配。如图1所示，当共面波导单元130上传输的微波信号功率在一定范围内时，微波信号在第一匹配电阻141和第二匹配电阻142上完全损耗发热，热量传递到第一v形梁支梁151a、第二v形梁支梁151b、第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b上，使第一v形梁支梁151a、第二v形梁支梁151b、第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b受热膨胀，导致第一v形梁支梁151a和第二v形梁支梁151b之间的夹角减小，从而使得第一金属子条161a与第二金属子条161b之间的间距减小，但第一金属子条161a与第二金属子条161b之间仍存在间隙。同理由于第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b受热膨胀，使第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b之间的夹角减小，从而使得第三金属子条162a和第四金属子条162b之间的间距减小，但第三金属子条162a和第四金属子条162b之间仍存在间隙，此时微波信号在第一匹配电阻141和第二匹配电阻142上损耗发热造成的温度变化被放置在附近的热电堆120感应并输出热电势，通过对输出热电势加以测量，得出微波信号功率的大小。
55.如图3所示，当微波信号功率超过某一阈值时，微波信号在第一匹配电阻141和第二匹配电阻142上完全损耗发热，热量传递到第一v形梁支梁151a、第二v形梁支梁151b、第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b上，使第一v形梁支梁151a、第二v形梁支梁151b、第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b受热膨胀，使得第一v形梁支梁151a和第二v形梁支梁151b之间的夹角减小到临界值，使得第一金属子条161a与第二金属子条161b直接接触。同理由于第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b受热膨胀，使得第三v形梁支梁152a和第四v形梁支梁152b之间的夹角减小到临界值，使得第三金属子条162a和第四金属子条162b也直接接触，进而使得共面波导单元130处于短路状态，也就是说，使得共面波导传输线处于短路状态，共面波导传输线微波信号发生全反射，第一匹配电阻141和第二匹配电阻142上不损耗微波功率产生热量，造成第一匹配电阻141和第二匹配电阻142上的温度降低，避免第一匹配电阻141和第二匹配电阻142因微波信号功率过大而损毁，实现微波功率传感
器的自保护功能。
56.本发明的微波功率传感器带有自我保护结构，不同于其它的微波功率传感器，该微波功率传感器具有以下主要特点：利用微波信号在匹配电阻上损耗产生的热量，使得v形梁受热膨胀来自动控制功率传输阈值，在使用过程中无功耗；设置金属条实现共面波导传输线短路的自保护机制，灵活度好、性能优越且结构简单；该微波功率传感器的制作无需特殊的材料并且与传统mems制造技术兼容，可以满足高可靠、微型化的应用需求。
57.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。