本發(fā)明是基于定向耦合器結(jié)構(gòu)的MEMS濕度傳感器。這種濕度傳感器通過濕度變化時聚酰亞胺的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得定向耦合器的隔離端口和耦合端口輸出的微波功率發(fā)生變化，利用終端式微波功率傳感器測量這兩個端口的功率變化，實現(xiàn)濕度的測量。整個結(jié)構(gòu)采用微電子工藝加工，屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

濕度傳感器廣泛應用于氣象檢測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。近年來，濕度傳感器的發(fā)展越來越趨向于微型化。現(xiàn)有的微型濕度傳感器類型主要包括電容式、電阻式、壓阻式及MEMS等。聚酰亞胺與CMOS工藝兼容且具有良好的感濕特性，因此常被用做濕度傳感器的敏感材料。近年來，我國物聯(lián)網(wǎng)取得了長足發(fā)展，而傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)中的必要組成部分，也必將得到進一步推廣和應用，在這樣的形勢下，開展?jié)穸葌鞲衅鳟a(chǎn)業(yè)化方面的工作是非常有意義的。

定向耦合器以及終端式微波功率傳感器在微波系統(tǒng)中的應用十分廣泛。本發(fā)明將兩種器件應用到濕度傳感器中，可以提升濕度傳感器的性能，與傳統(tǒng)的濕度傳感器相比，本發(fā)明中提出的基于定向耦合器結(jié)構(gòu)的MEMS濕度傳感器有著更高的靈敏度、更高的可靠性以及更低的功耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于定向耦合器結(jié)構(gòu)的MEMS濕度傳感器，該濕度傳感器利用具有良好感濕特性的聚酰亞胺作為濕度敏感介質(zhì)，通過濕度變化時其介電常數(shù)的變化，使輸出微波功率發(fā)生變化，并通過MEMS終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)輸出熱電壓，從而實現(xiàn)濕度的測量，并解決在材料、工藝、可靠性、可重復性和生產(chǎn)成本等諸多方面的問題，從而為實現(xiàn)基于MEMS技術(shù)的濕度傳感器在氣象監(jiān)測領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應用提供了支持和保證。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于定向耦合器結(jié)構(gòu)的MEMS濕度傳感器，該濕度傳感器包括定向耦合器、與定向耦合器中的第二耦合器信號線中的耦合端口和隔離端口分別連接的第一終端式微波功率傳感器和第二終端式微波功率傳感器、濕度敏感材料聚酰亞胺；

其中，定向耦合器包括第一耦合器信號線和與第一耦合器信號線相對設(shè)置且間隔一定距離的第二耦合器信號線，其中第一耦合器信號線包括第一主體以及自第一主體兩端延伸的輸入端口和輸出端口，第二耦合器信號線包括第二主體以及自第二主體兩端分別彎折延伸的彎耦合端口和隔離端口；

第一終端式微波功率傳感器包括與耦合端口連接的第一傳感器信號線、分別設(shè)置在第一傳感器信號線兩側(cè)且與其相距一定距離的第一地線和第二地線、設(shè)置在第一地線和第一傳感器信號線之間的第一負載電阻、設(shè)置在第一傳感器信號線和第二地線之間的第二負載電阻、設(shè)置在與第一傳感器信號線相對的位置且與其相距一定距離的第一熱電堆以及布置在第一熱電堆兩個端口的第一輸出端口和第二輸出端口；

第二終端式微波功率傳感器包括與隔離端口連接的第二傳感器信號線、分別設(shè)置在第二傳感器信號線兩側(cè)且與其相距一定距離的第三地線和第四地線、設(shè)置在第三地線和第二傳感器信號線之間的第三負載電阻、設(shè)置在第二傳感器信號線和第四地線之間的第四負載電阻、設(shè)置在與第二傳感器信號線相對的位置且與其相距一定距離的第二熱電堆以及分別布置在第二熱電堆兩個端口的第三輸出端口和第四輸出端口；

當濕度變化時，吸收了水汽分子的聚酰亞胺介電常數(shù)發(fā)生變化，從而導致定向耦合器的第二耦合器信號線中的隔離端口和耦合端口輸出的微波功率發(fā)生變化，與定向耦合器的第二耦合器信號線的耦合端口和隔離端口連接的第一終端式微波功率傳感器和第二終端式微波功率傳感器用于測量耦合端口和隔離端口的功率變化，從而實現(xiàn)濕度的測量。

有益效果：該濕度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，整個傳感器通過微電子加工工藝，可以達到較高的精度水平，實現(xiàn)器件小型化；使用感濕特性良好的聚酰亞胺作為濕度敏感介質(zhì)使得器件可以擁有較高的測量靈敏度；熱電堆使用多個熱電偶串接而成使得輸出的熱電壓更易于測量，功耗更低，可靠性更高。

近年來，濕度傳感器的發(fā)展越來越趨向于微型化，本發(fā)明是基于定向耦合器結(jié)構(gòu)的MEMS濕度傳感器，當空氣濕度發(fā)生變化時，可以通過聚酰亞胺吸收空氣中的水汽分子改變介電常數(shù)，從而導致定向耦合器的隔離端口和耦合端口輸出的微波功率發(fā)生變化，利用終端式微波功率傳感器測量耦合端口和隔離端口的功率變化，從而實現(xiàn)濕度的測量。在微電子工藝下，該濕度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、電壓輸出易于測量、體積小、功耗低、可靠性高等諸多優(yōu)點。

附圖說明

圖1是基于定向耦合器結(jié)構(gòu)的MEMS濕度傳感器示意圖。

其中有：襯底、定向耦合器1、第一終端式微波功率傳感器2和第二終端式微波功率傳感器3、濕度敏感材料聚酰亞胺(polymide)4；

其中定向耦合器1包括第一耦合器信號線1a、第二耦合器信號線1b，輸入端口1e、輸出端口1f，耦合端口1c和隔離端口1d；

第一終端式微波功率傳感器2包括第一傳感器信號線2a、第一地線2b、第二地線2c、第一負載電阻2d、第二負載電阻2e、第一熱電堆2f、第一輸出端口2g和第二輸出端口2h；

第二終端式微波功率傳感器3包括第二傳感器信號線3a、第三地線3b、第四地線3c、第三負載電阻3d、第四負載電阻3e、第二熱電堆3f、第三輸出端口3g、第四輸出端口3h。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

參見圖1，本發(fā)明提供了一種基于定向耦合器結(jié)構(gòu)的MEMS濕度傳感器，該濕度傳感器包括定向耦合器1、與定向耦合器1中的第二耦合器信號線1b中的耦合端口1c和隔離端口1d分別連接的第一終端式微波功率傳感器2和第二終端式微波功率傳感器3、濕度敏感材料聚酰亞胺4。

其中，定向耦合器1包括第一耦合器信號線1a和與第一耦合器信號線相對設(shè)置且間隔一定距離的第二耦合器信號線1b，其中第一耦合器信號線1a包括第一主體以及自第一主體兩端延伸的輸入端口1e和輸出端口1f，第二耦合器信號線1b包括第二主體以及自第二主體兩端分別彎折延伸的彎耦合端口1c和隔離端口1d；

第一終端式微波功率傳感器2包括與耦合端口1c連接的第一傳感器信號線2a、分別設(shè)置在第一傳感器信號線2a兩側(cè)且與其相距一定距離的第一地線2b和第二地線2c、設(shè)置在第一地線2b和第一傳感器信號線2a之間的第一負載電阻2d、設(shè)置在第一傳感器信號線2a和第二地線2c之間的第二負載電阻2e、設(shè)置在與第一傳感器信號線2a相對的位置且與其相距一定距離的第一熱電堆2f以及布置在第一熱電堆兩個端口的第一輸出端口2g和第二輸出端口2h；

第二終端式微波功率傳感器3包括與隔離端口1d連接的第二傳感器信號線3a、分別設(shè)置在第二傳感器信號線3a兩側(cè)且與其相距一定距離的第三地線3b和第四地線3c、設(shè)置在第三地線3b和第二傳感器信號線3a之間的第三負載電阻3d、設(shè)置在第二傳感器信號線3a和第四地線3c之間的第四負載電阻3e、設(shè)置在與第二傳感器信號線3a相對的位置且與其相距一定距離的第二熱電堆3f以及分別布置在第二熱電堆3f兩個端口的第三輸出端口3g和第四輸出端口3h；

當濕度變化時，吸收了水汽分子的聚酰亞胺4介電常數(shù)發(fā)生變化，從而導致定向耦合器1的第二耦合器信號線1b中的隔離端口和耦合端口輸出的微波功率發(fā)生變化，與定向耦合器1的第二耦合器信號線1b的耦合端口1c和隔離端口1d連接的第一終端式微波功率傳感器2和第二終端式微波功率傳感器3用于測量耦合端口1c和隔離端口1d的功率變化，從而實現(xiàn)濕度的測量。

該濕度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，整個傳感器通過微電子加工工藝，可以達到較高的精度水平，實現(xiàn)器件小型化；使用感濕特性良好的聚酰亞胺作為濕度敏感介質(zhì)使得器件可以擁有較高的測量靈敏度；熱電堆使用多個熱電偶串接而成使得輸出的熱電壓更易于測量，功耗更低，可靠性更高。

本發(fā)明中基于定向耦合器結(jié)構(gòu)的MEMS濕度傳感器不同于傳統(tǒng)的濕度傳感器，該濕度傳感器具有以下主要特點：一、該濕度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，器件精度高，整個傳感器小型化；二、測量靈敏度高；三、輸出熱電壓易于測量、功耗低、可靠性高。

區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標準如下：

(a)采用定向耦合器結(jié)構(gòu)，

(b)采用MEMS終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)，

(c)采用聚酰亞胺作為濕度敏感介質(zhì)。

滿足以上三個條件的結(jié)構(gòu)即應視為該結(jié)構(gòu)的濕度傳感器。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應納入權(quán)利要求書中記載的保護范圍內(nèi)。