[发明专利]物联网射频收发组件固支鱼刺梁振动电磁自供电微传感器

说明书

技术领域

本发明提出了物联网射频收发组件固支鱼刺梁振动/电磁自供电微传感器，属于射频微电子机械系统（RF MEMS）的技术领域。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。随着物联网的迅速发展，为人们生活带来便利的同时，也对科学技术不断地提出挑战。虽然当前各种传感器的微电子产品在小尺寸、低能耗上取得了巨大的进展，但是与之相应的微型能源技术的发展却相对滞后。自供电微传感器是一种把周围环境存在的能量的一种或多种收集起来转换为电能，然后直接给电子器件供电或者存储在电容器等储能器件中的器件。在射频收发组件的环境中，不可避免的会有一些杂散波，而且另一方面振动是环境中普遍存在的一种能量形式，采集这些未被利用的能量完全可以让射频收发组件中功耗较低的电子器件正常工作。通过收集振动和电磁波的能量，可以提高射频收发组件的电磁兼容性，抑制系统结构的抖动并解决射频收发组件中小功率器件的自供电问题。得益于微功耗集成电路技术和MEMS技术的进步，近年来兴起的能量收集自供电技术为解决以上问题提供了参考，使得可以将基于MEMS技术的自供电微传感器集成到射频收发组件中，从而使利用MEMS技术实现物联网射频收发组件固支鱼刺梁振动/电磁自供电微传感器成为可能。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种物联网射频收发组件固支鱼刺梁振动电磁自供电微传感器，由于天线收集了射频收发组件中的杂散波能量，减小了对系统的电磁干扰，提高了射频收发组件的电磁兼容性。而振动能量被吸收了一部分，就抑制了系统结构的抖动，提高了射频收发组件的可靠性。同时自供电微传感器的振动也使得其中天线的接收方向有所改变，可以增强电磁能量收集的效率，提高自供电微传感器的效率。

技术方案：该自供电微传感器主要由一个固支梁、三对制作在固支梁两侧的中间一对较长而两边两对较短且等长的悬臂梁以及外围的整流电路、大电容和稳压电路组成。其中在固支梁两头根部的上表面和三对悬臂梁的上表面各有一个具有上下电极板的压电薄膜作为振动能量收集结构，在固支梁和三对悬臂梁的下表面有双极子天线作为电磁能量收集结构，将振动/电磁能量收集后把储存的直流电压通过稳压电路，就可以获得稳定的直流电压，可以将自供电微传感器获得的稳定电压输出提供给物联网射频收发组件中的低功耗器件，从而解决射频收发组件中小功率器件的自供电问题。

本发明的物联网射频收发组件固支鱼刺梁振动电磁自供电微传感器，其特征在于该微传感器以砷化镓衬底为衬底，一个固支梁两端的固支梁锚区氮化硅分别固定在砷化镓衬底上，在固支梁上的两侧分别设有三对悬臂梁，该悬臂梁的中间一对较长，而两边两对较短且等长，外围设有整流电路、第一大电容,第二大电容、第一稳压电路和第二稳压电路；其中在固支梁两头根部的上表面设有具有上下电极板的压电薄膜作为固支梁振动能量收集结构，在三对悬臂梁的上表面各设有一个具有上下电极板的压电薄膜作为悬臂梁振动能量收集结构，在固支梁和三对悬臂梁的下表面设有双极子天线作为电磁能量收集结构；对于固支梁根部和三对悬臂梁上的振动能量收集结构，设计具有三种不同固有谐振频率的梁，从而实现较宽频带范围的振动能量的收集，同时抑制了系统结构的抖动。

固支梁的锚区的材料是氮化硅。固支梁有压电薄膜的部分和三对悬臂梁都可以分为五层。最底层是做的双极子天线，其材料是金。在此之上的一层是由氮化硅构成的，在氮化硅层之上附有压电材料层，并且压电材料的上表面和下表面均有金层与其接触作为电压输出的上下两个电极板。固支梁上没有压电薄膜的部分只有三层，下两层和有压电薄膜的部分一样，最上层材料是金，主要起连接压电薄膜上下表面极板的作用，每个压电材料层的上下两个极板都通过固支梁的最上层依次以串联的方式相连。所有压电材料层串联后的总输出连接到外围的大电容和稳压电路。而双极子天线最后的输出连接到外围的整流电路后，再与大电容和稳压电路相接。