摘要：为了提高热电式微机电系统(MEMS)微波功率传感器的灵敏度,需要对传感器的热电特性进行研究。首先根据热-电变量之间的等效关系建立了传感器的等效电路模型,利用该模型研究了不同的GaAs衬底厚度对负载电阻电-热转换能力的影响;接着建立理论解析模型研究热传导、热对流、热辐射对不同衬底厚度的传感器的电-热转换能力的影响,推导出相应的负载电阻温度分布,验证了等效电路模型;最终,在等效电路模型的基础上建立灵敏度与噪声系数模型,综合考虑它们之间的制约关系,得到了使传感器综合性能最佳的衬底厚度设计区间。根据建立的等效电路模型,对特定衬底厚度下制备的热电式MEMS微波功率传感器进行实验测试,频率测量范围达到30 GHz,输入微波功率从1 mW增加至100 mW。该功率传感器结构的灵敏度分别为0.184 3 mV/mW@1 GHz、0.130 1 mV/mW@10 GHz、0.101 3 mV/mW@20 GHz、0.071 8 mV/mW@30 GHz,并且该结构具有较大的动态测试范围。

关键词：微波功率传感器 等效电路 温度分布 理论模型 灵敏度 

单位：南京邮电大学电子与光学工程学院; 南京210046; 河北科技大学; 东南大学