[发明专利]一种基于定向耦合器结构的MEMS湿度传感器

说明书

本发明提供了一种基于定向耦合器结构的MEMS湿度传感器。该湿度传感器包括定向耦合器(1)、与定向耦合器(1)中的第二耦合器信号线(1b)中的耦合端口(1c)和隔离端口(1d)分别连接的第一终端式微波功率传感器(2)和第二终端式微波功率传感器(3)、湿度敏感材料聚酰亚胺(4)；其中，定向耦合器(1)包括第一耦合器信号线(1a)和第二耦合器信号线(1b))。本发明通过吸收了水汽分子的聚酰亚胺(4)介电常数发生变化，导致定向耦合器(1)的第二耦合器信号线(1b)中的隔离端口(1d)和耦合端口(1c)输出的微波功率发生变化，从而实现湿度的测量。

技术领域

本发明是基于定向耦合器结构的MEMS湿度传感器。这种湿度传感器通过湿度变化时聚酰亚胺的介电常数发生变化，使得定向耦合器的隔离端口和耦合端口输出的微波功率发生变化，利用终端式微波功率传感器测量这两个端口的功率变化，实现湿度的测量。整个结构采用微电子工艺加工，属于微电子器件技术领域。

背景技术

湿度传感器广泛应用于气象检测、农业生产、工业控制、医疗设备等领域。近年来，湿度传感器的发展越来越趋向于微型化。现有的微型湿度传感器类型主要包括电容式、电阻式、压阻式及MEMS等。聚酰亚胺与CMOS工艺兼容且具有良好的感湿特性，因此常被用做湿度传感器的敏感材料。近年来，我国物联网取得了长足发展，而传感器作为物联网中的必要组成部分，也必将得到进一步推广和应用，在这样的形势下，开展湿度传感器产业化方面的工作是非常有意义的。

定向耦合器以及终端式微波功率传感器在微波系统中的应用十分广泛。本发明将两种器件应用到湿度传感器中，可以提升湿度传感器的性能，与传统的湿度传感器相比，本发明中提出的基于定向耦合器结构的MEMS湿度传感器有着更高的灵敏度、更高的可靠性以及更低的功耗。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于定向耦合器结构的MEMS湿度传感器，该湿度传感器利用具有良好感湿特性的聚酰亚胺作为湿度敏感介质，通过湿度变化时其介电常数的变化，使输出微波功率发生变化，并通过MEMS终端式微波功率传感器结构输出热电压，从而实现湿度的测量，并解决在材料、工艺、可靠性、可重复性和生产成本等诸多方面的问题，从而为实现基于MEMS技术的湿度传感器在气象监测领域的产业化应用提供了支持和保证。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于定向耦合器结构的MEMS湿度传感器，该湿度传感器包括定向耦合器、与定向耦合器中的第二耦合器信号线中的耦合端口和隔离端口分别连接的第一终端式微波功率传感器和第二终端式微波功率传感器、湿度敏感材料聚酰亚胺；

其中，定向耦合器包括第一耦合器信号线和与第一耦合器信号线相对设置且间隔一定距离的第二耦合器信号线，其中第一耦合器信号线包括第一主体以及自第一主体两端延伸的输入端口和输出端口，第二耦合器信号线包括第二主体以及自第二主体两端分别弯折延伸的弯耦合端口和隔离端口；

第一终端式微波功率传感器包括与耦合端口连接的第一传感器信号线、分别设置在第一传感器信号线两侧且与其相距一定距离的第一地线和第二地线、设置在第一地线和第一传感器信号线之间的第一负载电阻、设置在第一传感器信号线和第二地线之间的第二负载电阻、设置在与第一传感器信号线相对的位置且与其相距一定距离的第一热电堆以及布置在第一热电堆两个端口的第一输出端口和第二输出端口；

第二终端式微波功率传感器包括与隔离端口连接的第二传感器信号线、分别设置在第二传感器信号线两侧且与其相距一定距离的第三地线和第四地线、设置在第三地线和第二传感器信号线之间的第三负载电阻、设置在第二传感器信号线和第四地线之间的第四负载电阻、设置在与第二传感器信号线相对的位置且与其相距一定距离的第二热电堆以及分别布置在第二热电堆两个端口的第三输出端口和第四输出端口；