CN118091243B - 双面对称共面波导芯片及功率传感器设备 - Google Patents

Abstract

一种双面对称共面波导芯片及功率传感器设备，共面波导芯片包括芯片基板、镀层和中心导体，共面波导芯片在厚度上有第一面与第二面，第一面沿共面波导芯片的中心轴旋转180度后与第二面重合；第一面和第二面分别设置工作热敏电阻以及与其隔离的补偿热敏电阻；中心导体设置在共面波导芯片固定端的对称轴上，整体呈锥形，中心导体的锥头与工作热敏电阻连接；工作热敏电阻两侧对称的依次设置非金属片、旁路微波电容和去耦电容，工作热敏电阻两侧的非金属片与芯片基板形成热隔离结构；补偿热敏电阻设置在工作热敏电阻的一侧；第一面和第二面的补偿热敏电阻通过第一面和第二面镀层上设置过孔进行电连接；功率传感器设备包括上述共面波导芯片。

Description

双面对称共面波导芯片及功率传感器设备

技术领域

本发明涉及一种双面对称共面波导芯片及功率传感器设备，更具体的说，特别涉及一种带有补偿的双面对称共面波导芯片及功率传感器设备。

背景技术

单面的共面波导片式结构类似微带线，区别在于共面波导具有更小的物理尺寸，主要通过顶层接地与中心导体之间的间距实现阻抗调节，其间距通常比微带线要小，当间距足够大时，背面接地的共面波导就相当于微带线了。同时，微带线和带状线在高频30GHz及以上频段的工作效率降低，损耗增加；共面波导结构相比接地共面波导则具有牢固的接地结构，在30GHz以上直到110GHz以上的高频频段具备更低的损耗和稳定性能。

现有技术下共面波导芯片进行功率测量的等待在2个小时以上，测量时间较长，不方便操作。

因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。

发明内容

（一）发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种双面对称共面波导芯片及功率传感器设备。

（二）技术方案：为了解决上述技术问题，本技术方案提供的双面对称共面波导芯片，包括芯片基板、镀层以及中心导体，所述共面波导芯片在厚度方向上具有第一面与第二面，所述第一面沿共面波导芯片的中心轴旋转180度后与所述第二面重合；所述共面波导芯片第一面和第二面分别设置工作热敏电阻以及与其隔离的补偿热敏电阻；

所述中心导体设置在共面波导芯片第一面和第二面固定端的对称轴上，并且整体呈锥形，所述中心导体的锥头与所述工作热敏电阻连接；所述工作热敏电阻两侧对称的依次设置非金属片、旁路微波电容和去耦电容，所述工作热敏电阻两侧的非金属片与芯片基板形成热隔离结构，将工作热敏电阻与补偿热敏电阻实现热隔离；

所述补偿热敏电阻设置在所述工作热敏电阻的一侧；所述共面波导芯片第一面和第二面的补偿热敏电阻通过在第一面和第二面镀层上设置的过孔进行电连接。

所述的双面对称共面波导芯片，其中，在芯片基板上通过设置或不设置所述镀层，将所述共面波导芯片的第一面和/或第二面分别分割为6个区域：第一区域、第二区域、第三区域、第四区域、第五区域和第六区域；第一区域、第二区域和第三区域为不设置所述镀层的区域，第四区域、第五区域和第六区域为设置所述镀层的区域；

所述第五区域围绕在所述第一区域的周围，所述第二区域设置在所述第五区域固定端的对称轴上；所述第三区域设置在所述第二区域远离固定端的一端，第六区域设置在所述第三区域远离固定端的一侧，所述第五区域和所述第六区域通过所述第一区域和所述第三区域实现隔离。

所述的双面对称共面波导芯片，其中，所述第一区域远离固定端的一端设置4个接线孔，所述共面波导芯片通过所述的4个接线孔实现与功率计的连接。

所述的双面对称共面波导芯片，其中，所述双面对称共面波导芯片对于微波功率信号，测量功率P值计算公式如下：

其中，、表示未加功率时工作热敏电阻元件和补偿热敏电阻元件的直流偏置电压，、表示施加功率时工作热敏电阻元件和补偿热敏电阻元件的直流偏置电压，R表示工作热敏电阻元件的直流等效电阻；

通过未加功率时补偿热敏电阻的直流偏置电压和施加功率时补偿热敏电阻元件的直流偏置电压的变化，对工作热敏电阻的直流偏置电压进行补偿修正。

所述的双面对称共面波导芯片，其中，所述中心导体设置在所述第二区域上，所述第二区域呈锥形；所述第五区域固定端的对称轴、第二区域的对称轴和所述中心导体的对称轴重合；

所述中心导体两侧的第五区域上依次向固定端排列有接地过孔，所述中心导体同一侧接地过孔的中心连线，与该侧第五区域镀层的边缘和/或中心导体的边沿相互平行；所述接地过孔为镀层孔，所述接地过孔之间的间距小于或者等于最高工作频率的四分之一波长，接地过孔之间的间距与接地过孔到共面波导的中心导体的距离尺寸相等。

所述的双面对称共面波导芯片，其中，在共面波导芯片的第一面和/或第二面上，所述第四区域设置在所述第三区域的一侧，所述第四区域设置延伸区域，所述共面波导芯片第一面中第四区域的延伸区域的端点，与所述共面波导芯片第二面中第四区域的延伸区域的端点重合，并通过设置过孔的方式实现所述共面波导芯片第一面与所述共面波导芯片第二面的电连接；

所述第四区域包括第一镀金层和第二镀金层，所述第四区域的延伸区域设置在所述第二镀金层上，所述第一镀金层和所述第二镀金层是两个相邻但不接触的区域；所述第四区域设置补偿热敏电阻，所述补偿热敏电阻设置在第二极细线上，所述第二极细线的一端与所述第一镀金层连接，所述第二极细线的另一端和第二镀金层连接。

所述的双面对称共面波导芯片，其中，所述中心导体在与共面波导芯片固定端由近及远方向上依次设置的第一分部、第二分部和第三分部，所述第一分部、所述第二分部和所述第三分部依次连接，形成一个整体；

所述第一分部1远离所述第二分部的一端宽度，大于所述第三分部远离所述第二分部一端的宽度，所述第二分部的宽度小于第一分部、第三分部的最小宽度；

所述第三分部远离所述第二分部一端为梯形的锥头；所述中心导体在所述共面波导芯片上呈现片状结构；

所述中心导体远离所述固定端的一端连接第一极细线，所述第一极细线远离所述中心导体的一端与第六区域的镀层连接；所述工作热敏电阻通过银浆焊接的方式悬挂在所述第一极细线上。

所述第一分部和所述第三分部的长度比例为80%-120%；所述第二分部的宽度为所述第一分部宽度的五分之一，第二分部的长度为0.3mm；第一极细线的引线长度小于第三分部的长度，并且最短为0.1毫米；所述第三分部的梯形锥头的上底长度是下底长度的三分之一，梯形锥头在信号传输方向的高度是所述第三分部整体高度的四分之一至五分之一。

所述的双面对称共面波导芯片，其中，所述旁路微波电容的两个连接端，一端与第五区域的镀层连接，另一端与第六区域的镀层连接；所述去耦电容的两个连接端，一端与第五区域的镀层连接，另一端与第六区域的镀层连接。

一种功率传感器设备，包括依次连接的左连接单元、波导模块和右连接单元, 所述左连接单元实现波导信号的输入，所述波导模块将高频电信号转换为电信号，所述右连接单元将测量的电信号输出；所述波导模块包括所述的双面对称共面波导芯片。

（三）有益效果：本发明提供的双面对称共面波导芯片及功率传感器设备，采用了带有补偿热敏电阻对的结构,显著缩短了测量和校准的响应时间。采用了新型热敏电阻等效结构，这种结构对称性更好，尺寸更小。在工作热敏电阻元件的极细引线和中心导体之间进行了过渡设计，实现了最好的宽带阻抗匹配。对工作热敏电阻元件进行热隔离设计,实现了最大的热转换效率。

附图说明

图1是本发明双面对称共面波导芯片的结构示意图；

图2是本发明双面对称共面波导芯片的中心带结构放大示意图；

图3是本发明双面对称共面波导芯片的第四区域结构放大示意图；

图4是本发明双面对称共面波导芯片的第一补偿热敏电阻/第二补偿热敏电阻结构放大示意图；

图5是本发明双面对称共面波导芯片实现微波传输的结构示意图；

图6是本发明双面对称共面波导芯片的工作热敏电阻一个优选实施例的工作电路示意图；

图7是本发明一种具有双面对称共面波导芯片的功率传感器设备的结构示意图；

芯片基板001；镀层002；中心导体10；第一分部101；第二分部102；第三分部103；第一补偿热敏电阻13；第一工作热敏电阻14；接地过孔15；第一区域201；第二区域202；第三区域203；第四区域204；第五区域205；第六区域206；去耦电容20；旁路微波电容21；第二工作热敏电阻22；第二补偿热敏电阻23；非金属片24；第一极细线301；第二极细线302；射频连接头401；功率传感器1002；左连接单元1004；波导模块1006；右连接单元1008；共面波导芯片1010。

具体实施方式

下面结合优选的实施例对本发明做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

附图是本发明的实施例的示意图，需要注意的是，此附图仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明的实际要求保护范围构成限制。

本发明提供的一种双面对称共面波导芯片，所述共面波导芯片在厚度方向上具有第一面与第二面，所述第一面沿共面波导芯片的中心轴旋转180度后与所述第二面重合。所述共面波导芯片具有固定端，所述固定端可以连接在功率传感器设备的底座；所述共面波导芯片与固定端相对的另一端悬空。

所述共面波导芯片包括芯片基板001和镀层002，所述芯片基板001的第一面和第二面分别设置所述镀层002。所述芯片基板001第一面和第二面的镀层002沿共面波导芯片固定端到悬空一端的中心轴旋转180度后重合。

所述镀层002用于实现元器件之间的电连接，其采用导电材料，可以是金、银、铜、铂、铅、镍、锡、锌等。当所述共面波导芯片置于功率座时，通过功率座的两个腔体对所述共面波导芯片边沿的镀层002的挤压接触，实现接地。在芯片基板002上通过设置或不设置所述镀层002，将所述芯片基板001的第一面和/或第二面分割为6个区域：第一区域201、第二区域202、第三区域203、第四区域204、第五区域205和第六区域206，如图1所示。

第一区域201、第二区域202和第三区域203为不设置所述镀层002的区域，即该区域不会产生电连接。第四区域204、第五区域205和第六区域206为设置所述镀层002的区域，设置在该区域的元器件将产生电连接。

所述第五区域205和所述第六区域206通过所述第一区域201和所述第三区域203实现隔离，即所述第一区域201和所述第三区域203将所述第五区域205和所述第六区域206之间的电连接断开。

所述第一区域201远离固定端的一端设置4个接线孔，所述共面波导芯片通过所述的4个接线孔实现与外部线路的连接。

所述第五区域205围绕在所述第一区域201的周围，所述第二区域202设置在所述第五区域205固定端的对称轴上，所述中心导体10设置在所述第二区域202上。所述第二区域202呈锥形，所述第五区域205固定端的对称轴、第二区域202的对称轴和所述中心导体10的对称轴重合。

所述第三区域203设置在所述第二区域202远离固定端的一端，第六区域206设置在所述第三区域203远离固定端的一侧。所述第三区域203的两端与所述第一区域201重合，从而使第三区域203将所述第五区域205和所述第六区域206分割为互不连通导电区域。

在共面波导芯片的第一面和/或第二面上，所述第四区域204设置在所述第三区域203的一侧，所述第四区域204设置延伸区域，所述共面波导芯片第一面中第四区域的延伸区域的端点，与所述共面波导芯片第二面中第四区域的延伸区域的端点重合，并通过设置过孔的方式实现电连接。所述过孔为镀层孔。所述第四区域204远离延伸区域的一端与所述的4个接线孔中的一个接线孔连接。所述共面波导芯片的另一面（第一面或第二面，与前句描述的一面对称的另一面）中，第四区域204远离延伸区域的一端与所述的4个接线孔中的一个接线孔连接。所述共面波导芯片第一面的第四区域204连接的接线孔，与所述共面波导芯片第二面的第四区域204连接的接线孔为不同接线孔，其优选为相互对称的两个接线孔。所述共面波导芯片第一面的第四区域204连接的接线孔，与所述共面波导芯片第二面的第四区域204连接的接线孔，分别与第一功率计的正、负端连接。所述第一功率计采用平衡电桥实现对补偿热敏电阻两端电压的测量。

所述第六区域206向远离固定端的一侧设置延伸区，所述第六区域206延伸区域远离固定端的一端与所述的4个接线孔中的一个接线孔连接。所述共面波导芯片的另一面（第一面或第二面，与前句描述的一面对称的另一面）中，第六区域206延伸区域远离固定端的一端与所述的4个接线孔中的一个接线孔连接。所述共面波导芯片第一面的第六区域206连接的接线孔，与所述共面波导芯片第二面的第六区域206连接的接线孔为不同接线孔，其优选为相互对称的两个接线孔。所述共面波导芯片第一面的第六区域206连接的接线孔，与所述共面波导芯片第二面的第六区域206连接的接线孔，分别与第二功率计的正、负端连接。所述第二功率计采用平衡电桥实现对工作热敏电阻两端电压的测量。

由于所述第二面与所述第一面沿共面波导芯片的中心轴旋转180度后的结构相同，因此，这里以共面波导芯片的第一面/第二面进行说明，如图1、图2和图3所示。

所述共面波导芯片固定端的所述芯片基板001上设置中心导体10，所述中心导体用于接收微波信号。所述中心导体10置于所述芯片基板001第一面/第二面固定端的对称轴上，即所述第二区域202上，所述第二区域202的形状与所述中心导体10的形状相同或相似，以适应中心导体10的设置。

所述中心导体10整体呈锥形，包括与共面波导芯片固定端由近及远方向上依次设置的第一分部101、第二分部102和第三分部103。所述第一分部101、所述第二分部102和所述第三分部103依次连接，形成一个整体。所述第一分部101远离所述第二分部102的一端宽度，大于所述第三分部102远离所述第二分部102一端的宽度，使中心导体10整体呈锥形。所述第二分部102的宽度小于第一分部101、第三分部103的最小宽度，用于减缓热量传递，实现隔热效果。

所述中心导体10的第三分部103远离所述第二分部102一端的宽度，与第一极细线301的直径，以及第一极细线301的长度，形成补偿台阶，从而消除了由于第一极细线301与中心导体10尺寸尖锐不连续性，造成的电感不连续性而导致的在较高频率下存在较大的反射。

所述第三分部103远离所述第二分部102一端为梯形的锥头，如图2所示，所述中心导体10在所述共面波导芯片上呈现片状结构，或者说，所述中心导体10铺设在所述芯片基板表面。

消除第一极细线301与所述中心导体10尺寸尖锐不连续性，具体需要做如下设置，在中心导体10中，所述第一分部101和所述第三分部103的长度比例为80%-120%；所述第二分部102的宽度为所述第一分部101宽度的五分之一，第二分部102的长度为0.3mm；第一极细线301的引线长度小于第三分部103的长度，并且最短为0.1毫米。

所述第三分部103的梯形锥头连接第一极细线301的一端为梯形锥头的上底，远离的第一极细线301的一端为梯形锥头的下底，梯形锥头的上底长度是梯形锥头的下底长度的三分之一。梯形锥头在中心导体10延伸方向的高度是所述第三分部103整体高度的四分之一至五分之一。

设置所述中心导体10的芯片基板处不设置所述镀层002，即所述第二区域202为不设置镀层002的区域。所述中心导体10两侧的镀层（第五区域205）上依次向固定端排列有接地过孔15，所述中心导体10同一侧接地过孔的中心连线与该侧镀层002边缘和/或中心导体10的边沿相互平行。所述接地过孔为镀层孔，使所述共面波导芯片的第一面与所述共面波导芯片的第二面中接地平面连接。所述接地过孔15之间的间距小于或者等于最高工作频率的四分之一波长。接地过孔15之间的间距与接地过孔15到共面波导的中心导体10的距离尺寸相等。所述接地过孔15使射频信号与地之间形成涡流，吸收部分辐射信号，减少射频信号辐射对共面波导芯片内其他信号的影响，并构成法拉第屏蔽，有效防止其他信号对射频信号的干扰。

所述中心导体10远离所述固定端的一端为所述第三区域203、第五区域205、第六区域206的交接处，其称为所述芯片基板的中心带。

如图1、图2所示，所述中心带设有工作热敏电阻（第一面的中心带设置的为第一工作热敏电阻14，第二面的中心带设置的为第二工作热敏电阻22）。所述中心导体10远离所述固定端的一端连接（电连接）有第一极细线301，所述第一极细线301远离所述中心导体10的一端与所述第六区域206的镀层连接（电连接）。所述工作热敏电阻（第一工作热敏电阻14和/或第二工作热敏电阻22）设置在所述第一极细线301上，具体可以是通过银浆焊接的方式悬挂在与所述中心导体10连接的第一极细线301上。

所述工作热敏电阻（第一工作热敏电阻14和/或第二工作热敏电阻22）两侧对称的依次设置非金属片24、旁路微波电容21和去耦电容20。所述工作热敏电阻（第一工作热敏电阻14和/或第二工作热敏电阻22）置于两个非金属片24的对称轴上。所述旁路微波电容21或所述去耦电容20的两个连接端分别与第五区域205、第六区域206的镀层连接（电连接），具体的说，所述旁路微波电容21的两个连接端，一端与第五区域205的镀层连接（电连接），另一端与第六区域206的镀层连接（电连接）；所述去耦电容20的两个连接端，一端与第五区域205的镀层连接（电连接），另一端与第六区域206的镀层连接（电连接）。

所述非金属片24与芯片基板001相对的一面设置有镀金层，所述镀金层与芯片基板001相邻但不接触。所述镀金层通过所述非金属片24两端的连接角分别与第五区域205、第六区域206的镀层实现电连接。所述非金属片24上的镀金层形成一个电容，其用于调节高端的耦合性，用于优化旁路微波电容21的滤除作用。所述非金属片24为0.1-0.5pF。

所述第四区域204包括第一镀金层和第二镀金层，所述第四区域204的延伸区域设置在所述第二镀金层上。所述第一镀金层和所述第二镀金层是两个相邻但不接触的区域。所述第四区域204设置补偿热敏电阻（第一面设置的为第一补偿热敏电阻13，第二面设置的为第二补偿热敏电阻23），所述补偿热敏电阻（第一补偿热敏电阻13和/或第二补偿热敏电阻23）设置在第二极细线302上，所述第二极细线302的一端与所述第一镀金层连接，所述第二极细线302的另一端和第二镀金层连接。所述补偿热敏电阻（第一补偿热敏电阻13和/或第二补偿热敏电阻23）优选设置在所述第二极细线302的中心位置，所述第二极细线302实现所述第一镀金层和所述第二镀金层之间的电连接。

所述第一补偿热敏电阻13和/或第二补偿热敏电阻23为电阻珠，如图4所示。

所述第一镀金层和所述第二镀金层在垂直于中心导体10的方向上，分别呈阶梯状，并且第一镀金层和第二镀金层整体呈X形。第一镀金层和第二镀金层呈阶梯状是为了使第一镀金层和第二镀金层在宽度上出现一个渐变过程，从而对热量的传递产生放大作用，使散热效果更好。

所述共面波导芯片设置工作热敏电阻以及补偿热敏电阻，所述工作热敏电阻与所述补偿热敏电阻设置热隔离结构，以实现最大的热转换效率。

具体的说，所述共面波导芯片在所述芯片基板的第一面设置第一工作热敏电阻14以及第一补偿热敏电阻13，所述第一工作热敏电阻14与所述第一补偿热敏电阻13设置热隔离结构，以实现最大的热转换效率。所述共面波导芯片在所述芯片基板的第二面对称的设置第二工作热敏电阻22以及第二补偿热敏电阻23，所述第二补偿热敏电阻23与第二工作热敏电阻22具有热隔离结构，以实现最大的热转换效率。

所述共面波导的中心导体10为锥形，所述锥形的中心导体10的平面底部朝向底座，所述锥形的中心导体10的锥头处指向芯片基板悬空的一端。所述第一工作热敏电阻14和第二工作热敏电阻22组成工作热敏电阻，所述第一补偿热敏电阻13和所述第二补偿热敏电阻23组成补偿热敏电阻。所述工作热敏电阻和补偿热敏电阻统称为热敏电阻元件。所述中心导体10锥头邻近的所述热敏电阻元件，包括工作热敏电阻和补偿热敏电阻。

本发明双面对称共面波导芯片采用了带有补偿热敏电阻对的结构，通过采集外界温度变化以及施加射频功率时造成的电压偏离，对工作电压进行算法补偿，将热平衡时间缩短到40分钟以内，大大缩短了测量和校准的等待时间。

本发明热隔离结构具有如下优选实施例，所述芯片基板001采用低介电常数和低导热系数的材料，如SiO₂等，实现芯片基板与周围环境的热隔离。在所述工作热敏电阻两侧对称设置非金属片24。所述中心导体10设置第一极细线301实现连接，通过相对小的金属面积将工作热敏电阻与周围的隔热体隔离。通过以上热隔离结构设计，所述工作热敏电阻可以实现在50MHz 1mW实现99.3%以上的热转换效率。

对于工作热敏电阻，所述隔热体可以是两个相对的非金属片24和衬底构成热隔离结构的隔离空间，所述工作热敏电阻设置在衬底和两个相对的非金属片24构成的隔离空间内。

所述补偿热敏电阻与工作热敏电阻贴近放置，使补偿热敏电阻与工作热敏电阻处于相同的热环境中，并具有一定的热隔离，能够补偿外界温度变化以及施加射频功率时造成的电压偏离，也能在施加射频功率时不会发生较大的热变化，从而不会分散施加射频功率，保证实现高的热转换效率。

本发明所述工作热敏电阻的结构图，如图2所示，所述工作热敏电阻为电阻珠。

所述第一极细线301和所述第二极细线302为极细的导电线，其直径为10微米左右，其通常为铂丝，其设计兼顾导电性和可制造性，第一极细线301和所述第二极细线302的设计形成较大的热阻。

所述工作热敏电阻的电阻珠的四周构成一个较为封闭的热隔离区域，通过非金属片24将工作热敏电阻与周围实现热隔离。

本发明设计采用了双面对称共面波导芯片，所述双面对称共面波导芯片采用平面结构，这种结构对称性更好，尺寸更小，通过中心导体10的锥形及长宽比例设计、以及第一极细线长度，解决尺寸过渡问题，并避免输入端50Ω匹配以及双面波导电路相互耦合造成的驻波恶化问题。本发明双面共面波导芯片可以传输准TEM模，不仅可以实现最大频率达110GHz以上的微波功率测量，而且可以实现0.002mm以上0.01mm以下的极高精度尺寸加工，从而实现热敏电阻功率座结构的小型化，甚至芯片化。

本发明双面对称共面波导芯片为了实现最好的宽带阻抗匹配，在所述工作热敏电阻元件的所述极细的电连接线和所述共面波导的中心导体10设置了第一过渡单元，所述共面波导芯片和功率传感器设备的射频连接头设置了第二过渡结构。

所述工作热敏电阻两端的电连接线（第一极细线301）的宽度为10微米左右，共面波导的中心导体10的宽度从通常的50微米到不足1毫米，本发明从所述工作热敏电阻两端的第一极细线301到中心导体10之间设置了宽度递增电连接第一过渡单元，所述第一过渡单元可以形成从所述工作热敏电阻两端的第一极细线301到中心导体10之间宽度递增的阶梯台阶。本发明所述工作热敏电阻元件两端的第一极细线301到中心导体10之间由于宽度不同，由此产生的电感不连续性导致在较高频率下存在较大的反射。本发明通过第一过渡单元消除了所述工作热敏电阻两端的第一极细线301与共面波导的中心导体10尺寸尖锐不连续性而引起的反射。

所述中心导体10锥形平面底部（中心导体靠近固定端一端）的宽度，大于功率传感器设备的射频连接头的内导体宽度，并且两者的差小于0.2mm，从而将阻抗保持在一定的值，通过以上匹配设计在40GHz以内实现1.4以下的电压驻波比。且共面波导面芯片第一面的中心导体10和共面波导面芯片第二面的中心导体10相对内导体对称放置，以最小化反射，同时在同轴内导体与共面波导芯片端接处进行补偿阶梯设计，实现宽带匹配。

所述双面对称共面波导芯片的尺寸为长21mm宽17mm厚度0.3mm，镀层002厚度为0.01mm。所述共面波导的中心导体10的锥形平面底部与射频连接头的内导体进行端接，所述共面波导的中心导体10双面等效阻抗为50Ω，单面阻抗为100Ω。

本发明所述双面对称共面波导芯片的电路结构，如图5所示，功率传感器设备的射频连接头401可以采用2.4mm射频连接头,所述2.4mm射频连接头包括用于射频信号接收的同轴内导体和铜环构成的外导体，所述内导体分别连接所述共面波导芯片第一面和第二面的中心导体10，共面波导芯片第一面的中心导体10和共面波导芯片第二面的中心导体10分别连接共面波导芯片第一面和第二面的所述工作热敏电阻，具体的说，共面波导芯片第一面的中心导体10连接共面波导芯片第一面的第一工作热敏电阻14；共面波导芯片第二面的中心导体10连接共面波导芯片第二面的第二工作热敏电阻22。

所述工作热敏电阻分别连接旁路微波电容21和去耦电容20，所述旁路微波电容21和所述去耦电容20可以是一样一个，也可以是一样两个、或多个，这里不做具体的限制。这里以一个工作热敏电阻连接两个旁路微波电容21和两个去耦电容20进行连接关系的说明，共面波导芯片第一面的第一工作热敏电阻14，通过第六区域206的镀层002将两个旁路微波电容C11、C12和两个去耦电容C13、C14的一个连接端实现电连接，通过第五区域205的镀层002将两个旁路微波电容和两个去耦电容的另一个连接端实现电连接，进而实现两个旁路微波电容C11、C12和两个去耦电容C13、C14的接地；共面波导芯片第二面的第二工作热敏电阻22，通过第六区域206的镀层002将两个旁路微波电容C21、C22和两个去耦电容C23、C24的一个连接端实现电连接，通过第五区域205的镀层002将两个旁路微波电容C21、C22和两个去耦电容C23、C24的另一个连接端实现电连接，进而实现两个路微波电容C21、C22和两个去耦电容C23、C24的接地。

所述旁路微波电容21通常在10nF左右，通常为0402封装以下的宽带微波电容，能够与10MHz~50GHz的宽带信号构成交流回路。0402封装是表面贴装器件的封装类型，0402封装是一种表面贴装器件的封装类型，其尺寸为1.0mmx0.5mm。0402封装广泛应用于各种电子产品中，如手机、平板电脑等。由于其尺寸非常小，它适用于空间有限的紧凑型电路板和微型电子设备。

所述去耦电容20通常在大于等于1nF小于等于1μF，用于消除热敏电阻引出细导线上的电感，与热敏电阻输出端就近放置。

所述共面波导芯片第一面和第二面的补偿热敏电阻（第一补偿热敏电阻13和第二补偿热敏电阻23），通过所述共面波导芯片第一面的第四区域204的镀层002、所述共面波导芯片第二面的第四区域204的镀层002和两个第四区域204镀层之间的过孔实现电连接。所述补偿热敏电阻还可以连接有滤波电容和去耦电容，滤波电容和去耦电容对补偿电路进行滤波和去耦。

所述补偿热敏电阻，与工作热敏电阻贴近放置，是为了将补偿热敏电阻与工作热敏电阻处于相同的热环境中，并具有一定的热隔离，能够补偿外界温度变化以及施加射频功率时造成的电压偏离，也能在施加射频功率时不会发生较大的热变化，从而不会分散施加射频功率，保证实现高的热转换效率。

本发明设计了带有补偿式的双面对称共面波导芯片，所述共面波导的原理是采用两面的两路单热敏电阻对实现微波传输，将两路单工作热敏电阻对分别布置在共面波导片的两面，所述两路单工作热敏电阻对为第一工作热敏电阻14（NTC1）和第二工作热敏电阻22（NTC2），并增加两面的两路单补偿热敏电阻对，所述两面的两路单补偿热敏电阻对为第一补偿热敏电阻13（NTC3）和第二补偿热敏电阻23（NTC4）。如图5所示,其中，C24和C14为去耦电容，V2+为补偿热敏电阻元件的直流偏置电压正端，V2-为补偿热敏电阻元件的直流偏置电压负端，所述补偿热敏电阻元件的直流偏置电压正端V2+与所述补偿热敏电阻元件的直流偏置电压负端V2-之间的电压表示补偿热敏电阻元件的直流偏置电压。

本发明采用补偿热敏电阻对通过算法实现对环境温度变化引起的工作电压进行补偿修正，实现测量***的等效稳定，从而事实上在更短的时间内实现测量电压的稳定。所述双面对称共面波导芯片对于微波功率信号，测量功率P值计算公式（1）如下：

（1）

其中，、表示未加功率时工作热敏电阻元件和补偿热敏电阻元件的直流偏置电压，、表示施加功率时工作热敏电阻元件和补偿热敏电阻元件的直流偏置电压，R表示工作热敏电阻元件的直流等效电阻。

所述工作热敏电阻元件的直流等效电阻值为200Ω，精度可以达到小于等于千分之一，所述补偿热敏电阻元件的直流等效电阻值为200Ω，所述补偿热敏电阻元件的直流偏置电压精度可以达到小于等于10微伏。

通过把补偿热敏电阻元件的直流偏置电压和补偿热敏电阻元件的直流偏置电压的变化，对工作热敏电阻元件的直流偏置电压进行补偿修正。

本发明双面对称共面波导芯片的工作热敏电阻元件实际工作电路的一个优选实施例，如图6所示。其中，C为隔直电容，C1为第一旁路电容，C2为第二旁路电容，C3为第一去耦电容，C4为第二去耦电容，T1为第一工作热敏电阻14，T2为第二工作热敏电阻22，+V1为功率计输入工作热敏电阻元件的直流偏置电压正端，-V1为功率计输入工作热敏电阻元件的直流偏置电压负端，平衡电桥D1为功率计中测量工作热敏电阻两端电压的核心电路。所述第一工作热敏电阻T1和第二工作热敏电阻T2在功率传递标准座工作时电阻为100Ω，当输入射频信号B1时，所述输入射频信号与隔直电容C、第一工作热敏电阻T1以及第一旁路电容C1构成第一AC交流回路B2。所述输入射频信号B1与隔直电容C、第二工作热敏电阻T2以及第二旁路电容C2构成第二AC交流回路B3，所述第一AC交流回路B2和所述第二AC交流回路B3并联满足50Ω的射频匹配。

所述工作热敏电阻元件的直流偏置电压正端+V1与所述平衡电桥D1的输入端连接，所述工作热敏电阻元件的直流偏置电压负端-V1与所述平衡电桥D1的输入端连接，所述平衡电桥D1输出一电路线连接至运算放大器D2的反向输入端，所述工作热敏电阻元件的直流偏置电压负端-V1通过电路线连接至运算放大器D2的同向输入端，所述运算放大器D2的正电源端经过电流表D3连接至所述平衡电桥D1，所述运算放大器D2的负电源端经过电流表D4连接至所述平衡电桥D1，所述运算放大器D2输出端连接至所述平衡电桥D1的输入端。

对于直流替代的所述平衡电桥D1电路，所述隔直电容C相当于断路，所述第一工作热敏电阻T1和第二工作热敏电阻T2形成串联直流工作回路，等效电阻为200Ω，所述第一去耦电容C3和第二去耦电容C4的作用为滤除输入源端的干扰信号，并匹配引线上的感抗，消除振荡。

所述平衡电桥由两个精度达到0.01级的200Ω精密电阻组成对称桥臂，通过检测工作热敏电阻功率传递标准座接入电桥桥臂电阻的变化，转换为可以检测的电压，同时将电压变化量转换成电流，然后将这个电流再施加至桥臂电阻，自动保持电桥始终处于平衡状态。

本发明的双面对称共面波导片式结构为两路单热敏电阻对分别布置在共面波导片的两面，这种新型热敏电阻等效结构对称性更好，尺寸更小，通过同轴与共面波导间的过渡设计解决50Ω匹配以及双面波导电路相互耦合造成的驻波恶化问题。

本发明为了实现最大的热转换效率，在共面波导芯片式结构中放置热敏电阻需要进行热隔离设计：所述共面波导采用低介电常数和低导热系数的衬底，如SiO₂等，实现共面波导基板与周围环境的热隔离；所述第一工作热敏电阻14和/或第二工作热敏电阻22的所述第一极细线301，以及所述第一补偿热敏电阻13和/或所述第二补偿热敏电阻23的第二极细线302通常为铂丝，兼顾导电性和可制造性，极细引线的设计形成较大的热阻；同时在工作热敏电阻元件的四周构成一个较为封闭的热隔离区域，所述第一工作热敏电阻14或第二工作热敏电阻22在与共面波导的中心导体10连接的部位设计极细引线，通过相对小的金属面积将工作热敏电阻元件与周围的散热体隔离。通过以上热隔离设计在50MHz 1mW实现99.3%以上的热转换效率。

本发明为了实现最好的宽带阻抗匹配，在所述工作热敏电阻元件的所述极细引线和所述共面波导的中心导体10、同轴与共面波导之间进行了过渡设计：所述工作热敏电阻元件两端的极细引线与共面波导的中心导体10的宽度从通常的数十微米到不足1毫米，由此产生的电感不连续性导致在较高频率下存在较大的反射，通过设计补偿阶梯台阶消除了所述工作热敏电阻元件两端的极细引线与共面波导的中心导体10尺寸尖锐不连续性而引起的反射；在从同轴到共面波导的过渡点处，接地平面和共面波导的中心导体10中的补偿阶梯台阶用于调整并最小化反射；共面波导的中心导体10设计为锥形，将阻抗保持在一定的值，使得共面波导的中心导体10与端接共面波导宽度大致相同。通过以上匹配设计在40GHz以内实现1.4以下的电压驻波比。

通过调整所述第一极细线301的长度，调整所述中心导体10的宽度达到补偿阶梯的效果。

本发明为了提高共面波导芯片的稳定性，设计了带有补偿的双面对称共面波导芯片，镀层工艺采用双面镀层工艺，金层采用离子溅射工艺，让表面更加光亮，有助于信号输入过程中极小的反射。通过一对工作热敏电阻构成50Ω交流回路，以及200Ω直流回路，并增加一对补偿热敏电阻与工作热敏电阻处于对称结构，补偿由于外界温度变化以及施加射频功率时造成的电压偏离。

本发明提供的双面对称共面波导芯片为双面结构，对称性好。采用了带有补偿热敏电阻对的结构,显著缩短了测量和校准的响应时间。采用了新型热敏电阻等效结构，这种结构对称性更好，尺寸更小。在所述工作热敏电阻元件的所述极细引线和所述共面波导的中心导体、同轴与共面波导之间进行了过渡设计，实现了最好的宽带阻抗匹配。所述工作热敏电阻元件进行热隔离设计,实现了最大的热转换效率。

本发明还包括一种功率传感器设备1002，包括以上双面对称共面波导芯片的任一实施例中的技术特征，如图7所示，该功率传感器设备可以包括依次连接的左连接单元1004、波导模块1006和右连接单元1008。所述左连接单元1004实现波导信号的输入，所述波导模块1006将高频电信号转换为电信号，所述右连接单元1008将测量的电信号输出。所述左连接单元1004的输入端与输入设备连接，输出端与所述波导模块1006的输入端连接。所述波导模块1006的输出端与所述右连接单元1008的输入端连接。所述波导模块1006包括所述共面波导芯片。

所述波导模块1006的共面波导芯片1010也就是本说明书实施例中任一双面对称共面波导芯片的优选实施例。

现有技术中使用共面波导结构的热敏电阻功率座使用的是单热敏电阻结构，其热平衡通常需要花费2个小时以上，本发明采用了带有补偿热敏电阻对的结构，通过采集外界温度变化以及施加射频功率时造成的电压偏离，对工作电压进行算法补偿，将热平衡时间缩短到40分钟以内，大大缩短了测量和校准的等待时间。

以上内容是对本发明创造的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本发明创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明创造的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。

Claims (9)

1.双面对称共面波导芯片，包括芯片基板、镀层以及中心导体，其特征在于，所述共面波导芯片在厚度方向上具有第一面与第二面，所述第一面沿共面波导芯片的中心轴旋转180度后与所述第二面重合；所述共面波导芯片第一面设置第一工作热敏电阻以及与其隔离的第一补偿热敏电阻，所述共面波导芯片第二面设置第二工作热敏电阻以及与其隔离的第二补偿热敏电阻；

所述中心导体设置在共面波导芯片第一面和第二面固定端的对称轴上，并且整体呈锥形，所述中心导体的锥头与所述工作热敏电阻连接；所述工作热敏电阻两侧对称的依次设置非金属片、旁路微波电容和去耦电容，所述工作热敏电阻两侧的非金属片与芯片基板形成热隔离结构，将工作热敏电阻与补偿热敏电阻实现热隔离；

所述补偿热敏电阻设置在所述工作热敏电阻的一侧；所述共面波导芯片第一面和第二面的补偿热敏电阻通过在第一面和第二面镀层上设置的过孔进行电连接；

所述中心导体在与共面波导芯片固定端由近及远方向上依次设置的第一分部、第二分部和第三分部，所述第一分部、所述第二分部和所述第三分部依次连接，形成一个整体；

所述第一分部远离所述第二分部的一端宽度，大于所述第三分部远离所述第二分部一端的宽度，所述第二分部的宽度小于第一分部、第三分部的最小宽度；所述第三分部远离所述第二分部一端为梯形的锥头；所述中心导体在所述共面波导芯片上呈现片状结构；

所述中心导体远离所述固定端的一端连接第一极细线，所述第一极细线远离所述中心导体的一端与所述共面波导芯片第一面和/或第二面的第六区域的镀层连接；所述工作热敏电阻通过银浆焊接的方式悬挂在所述第一极细线上。

2.根据权利要求1所述的双面对称共面波导芯片，其特征在于，在芯片基板上通过设置或不设置所述镀层，将所述共面波导芯片的第一面和/或第二面分别分割为6个区域：第一区域、第二区域、第三区域、第四区域、第五区域和第六区域；第一区域、第二区域和第三区域为不设置所述镀层的区域，第四区域、第五区域和第六区域为设置所述镀层的区域；

所述第五区域围绕在所述第一区域的周围，所述第二区域设置在所述第五区域固定端的对称轴上；所述第三区域设置在所述第二区域远离固定端的一端，第六区域设置在所述第三区域远离固定端的一侧，所述第五区域和所述第六区域通过所述第一区域和所述第三区域实现隔离。

3.根据权利要求2所述的双面对称共面波导芯片，其特征在于，所述第一区域远离固定端的一端设置4个接线孔，所述共面波导芯片通过所述的4个接线孔实现与功率计的连接。

4.根据权利要求3所述的双面对称共面波导芯片，其特征在于，所述双面对称共面波导芯片对于微波功率信号，测量功率P值计算公式如下：

，

其中，、表示未加功率时工作热敏电阻元件和补偿热敏电阻元件的直流偏置电压，、表示施加功率时工作热敏电阻元件和补偿热敏电阻元件的直流偏置电压，R表示工作热敏电阻元件的直流等效电阻；

通过未加功率时补偿热敏电阻的直流偏置电压和施加功率时补偿热敏电阻元件的直流偏置电压的变化，对工作热敏电阻的直流偏置电压进行补偿修正。

5.根据权利要求2所述的双面对称共面波导芯片，其特征在于，所述中心导体设置在所述第二区域上，所述第二区域呈锥形；所述第五区域固定端的对称轴、第二区域的对称轴和所述中心导体的对称轴重合；

所述中心导体两侧的第五区域上依次向固定端排列有接地过孔，所述中心导体同一侧接地过孔的中心连线，与该侧第五区域镀层的边缘和/或中心导体的边沿相互平行；所述接地过孔为镀层孔，所述接地过孔之间的间距小于或者等于最高工作频率的四分之一波长，接地过孔之间的间距与接地过孔到共面波导的中心导体的距离尺寸相等。

6.根据权利要求2所述的双面对称共面波导芯片，其特征在于，在共面波导芯片的第一面和/或第二面上，所述第四区域设置在所述第三区域的一侧，所述第四区域设置延伸区域，所述共面波导芯片第一面中第四区域的延伸区域的端点，与所述共面波导芯片第二面中第四区域的延伸区域的端点重合，并通过设置过孔的方式实现所述共面波导芯片第一面与所述共面波导芯片第二面的电连接；

所述第四区域包括第一镀金层和第二镀金层，所述第四区域的延伸区域设置在所述第二镀金层上，所述第一镀金层和所述第二镀金层是两个相邻但不接触的区域；所述第四区域设置补偿热敏电阻，所述补偿热敏电阻设置在第二极细线上，所述第二极细线的一端与所述第一镀金层连接，所述第二极细线的另一端和第二镀金层连接。

7.根据权利要求1所述的双面对称共面波导芯片，其特征在于，所述第一分部和所述第三分部的长度比例为80%-120%；所述第二分部的宽度为所述第一分部宽度的五分之一，第二分部的长度为0.3mm；第一极细线的引线长度小于第三分部的长度，并且最短为0.1毫米；所述第三分部的梯形锥头的上底长度是下底长度的三分之一，梯形锥头在信号传输方向的高度是所述第三分部整体高度的五分之一至四分之一。

8.根据权利要求1所述的双面对称共面波导芯片，其特征在于，所述旁路微波电容的两个连接端，一端与第五区域的镀层连接，另一端与第六区域的镀层连接；所述去耦电容的两个连接端，一端与第五区域的镀层连接，另一端与第六区域的镀层连接。

9.一种功率传感器设备，其特征在于，包括依次连接的左连接单元、波导模块和右连接单元, 所述左连接单元实现波导信号的输入，所述波导模块将高频电信号转换为电信号，所述右连接单元将测量的电信号输出；所述波导模块包括权利要求1-8中任一项所述的双面对称共面波导芯片。