用于rf功率測量的微制造熱量計的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年2月22日申請的題為"MICROFABRICATED CALOR頂ETER FOR RF POWER MEASUREMENT"的美國臨時專利申請序列號No. 61/767, 872的優(yōu)先權(quán)，其全部通過 引用的方式結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明主要涉及射頻（RF)功率測量。特別地，本發(fā)明涉及用于RF功率測量的微 制造（microfabricated)DC替代熱量計和使用該熱量計的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] RF功率是頻繁測量的量，因為其他RF電學(xué)量，像電流、電壓和阻抗難以測量及在 RF設(shè)備中量化。在低頻，通過解釋已知阻抗上的電壓和電流來進(jìn)行功率測量。但是，在高 頻，例如RF頻率，阻抗變化明顯且因此直接的功率測量不可行。
[0005] 傳統(tǒng)地，手持RF功率計通過將高頻RF功率直接轉(zhuǎn)換成DC信號，例如通過使用肖 特基（Schottky)或砷化鎵（Gallium-Arsenide)二極管，并測量該DC信號來得到直接測量 的RF功率。但是，使用這些傳統(tǒng)直接測量技術(shù)的測量計的精度對測量的RF信號的頻率和 波形很敏感。
[0006] 因此，需要對RF信號頻率或波形不敏感的手持RF功率計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了射頻（RF)功率熱量計。RF功率熱量計具有電耦合 到RF輸入的負(fù)載，該RF輸入被配置成被電耦合到RF電源；電耦合到該負(fù)載的可變低頻電 源，且被配置成提供低頻功率給負(fù)載；熱耦合到負(fù)載的熱介質(zhì)；熱耦合到熱介質(zhì)的出口溫 度傳感器，該出口溫度傳感器被設(shè)置以測量由于負(fù)載加熱導(dǎo)致的熱介質(zhì)的溫度；電路，被配 置成通過以下方式來計算電耦合到RF輸入的RF源的功率：使用低頻電源的可變偏置基于 熱介質(zhì)的溫度測量來確定RF源的平均功率。
[0008] 在本發(fā)明的另一方面中，確定RF源的平均功率包括：將已知的低頻輸入施加到負(fù) 載，該已知的低頻輸入具有預(yù)定功率值；在將低頻輸入施加到負(fù)載之后測量熱介質(zhì)的第一 輸出溫度；在施加已知低頻輸入期間施加RF源到負(fù)載；在施加已知低頻輸入和RF源期間 測量熱介質(zhì)的第二輸出溫度；在測量熱介質(zhì)的輸出溫度的時候降低已知低頻輸入的功率 值，直到輸出溫度基本上等于第一輸出溫度；當(dāng)輸出溫度基本上等于第一輸出溫度時確定 已知低頻輸入的功率值；以及基于已知低頻輸入的預(yù)定值與當(dāng)輸出溫度基本等于第一輸出 溫度時已知低頻輸入的功率值之間的差來計算RF源的功率。
[0009] 在本發(fā)明的另一方面中，可變低頻電源是交流電電壓源。
[0010] 在本發(fā)明的另一方面中，可變低頻電源是直流電電壓源。
[0011] 在本發(fā)明的另一方面中，熱介質(zhì)是通過熱介質(zhì)通道流通的流體。
[0012] 在本發(fā)明的另一方面中，通過熱介質(zhì)通道的熱介質(zhì)流體的流量是可變的。
[0013] 在本發(fā)明的另一方面中，包括多個流體通道的流體通道路徑陣列被配置成改變通 過熱介質(zhì)通道的熱介質(zhì)流體的流量。
[0014] 在本發(fā)明的另一方面中，流體通道路徑陣列包括與多個流體通道進(jìn)行流體上連通 的流體開關(guān)，每個流體通道路徑陣列的每個流體通道具有不同長度和/或水力直徑。
[0015] 在本發(fā)明的另一方面中，流體通道路徑陣列的每個流體通道具有熱介質(zhì)栗。
[0016] 在本發(fā)明的另一方面中，熱介質(zhì)是與熱交換器熱耦合的襯底。
[0017] 在本發(fā)明的另一方面中，出口溫度傳感器是惠斯通橋（Wheatstone bridge)。
[0018] 在本發(fā)明的另一方面中，功率熱量計被配置成測量大約100 yW與IOOmW之間的功 率。
[0019] 在本發(fā)明的另一方面中，功率熱量計被配置成在下至OHz以及遠(yuǎn)高于12GHz的頻 率測量功率。
[0020] 在本發(fā)明的另一方面中，功率熱量計被配置成在大約OHz與大約12GHz之間的頻 率測量功率。
[0021] 在本發(fā)明的另一方面中，RF功率熱量計還包括不導(dǎo)電襯底；其中負(fù)載和輸出傳感 器在該不導(dǎo)電襯底上被微制造。
[0022] 在本發(fā)明的進(jìn)一步的方面中，RF功率熱量計是具有熱介質(zhì)和低頻電源的微制造熱 量計；功率熱量計被配置成使用低頻電源的可變偏置基于熱介質(zhì)的溫度測量來確定RF源 的平均功率。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了測量RF功率的方法。該測量RF功率的方法包 括：提供電耦合到RF輸入的負(fù)載；提供熱耦合到負(fù)載的熱介質(zhì)；施加已知低頻輸入到負(fù)載， 該已知低頻輸入具有預(yù)定功率值；在施加已知低頻輸入到負(fù)載之后測量熱介質(zhì)的第一輸出 溫度；在施加已知低頻輸入期間施加未知RF輸入到負(fù)載；在施加已知低頻輸入和未知RF 輸入期間測量熱介質(zhì)的第二輸出溫度；在測量熱介質(zhì)的輸出溫度時降低已知低頻輸入，直 到輸出溫度基本等于第一輸出溫度；當(dāng)輸出溫度基本定于第一輸出溫度時確定已知低頻輸 入的值；以及基于已知低頻輸入的預(yù)定值與當(dāng)輸出溫度基本等于第一輸出溫度時已知低頻 輸入的值之間的差來計算RF輸入的功率。
[0024] 在本發(fā)明的另一方面中，使用微制造 RF功率熱量計來執(zhí)行該方法。
[0025] 在本發(fā)明的另一方面中，可變低頻輸入是交流電電壓源。
[0026] 在本發(fā)明的另一方面中，可變低頻輸入是直流電電壓源。
[0027] 在本發(fā)明的另一方面中，熱介質(zhì)是通過熱介質(zhì)通道流通的流體。
[0028] 在本發(fā)明的另一方面中，通過熱介質(zhì)通道的熱介質(zhì)流體的流量是可變的。
[0029] 在本發(fā)明的另一方面中，包括多個流體通道的流體通道路徑陣列被配置成改變通 過熱介質(zhì)通道的熱介質(zhì)流體的流量。
[0030] 在本發(fā)明的另一方面中，流體通道路徑陣列包括與多個流體通道進(jìn)行流體連通的 流體開關(guān)，流體通道路徑陣列的每個流體通道具有不同長度和/或水力直徑。
[0031] 在本發(fā)明的另一方面中，流體通道路徑陣列的每個流體通道具有熱介質(zhì)栗。
[0032] 在本發(fā)明的另一方面中，熱介質(zhì)是熱耦合到熱交換器的襯底。
[0033] 在本發(fā)明的另一方面中，使用惠斯通橋溫度傳感器來得到輸出溫度。
[0034] 在本發(fā)明的另一方面中，功率熱量計被配置成測量在大約100 μ W與IOOmW之間的 功率。
[0035] 在本發(fā)明的另一方面中，功率熱量計被配置成在下至OHz和遠(yuǎn)高于12GHz的頻率 測量功率。
[0036] 在本發(fā)明的另一方面中，功率熱量計被配置成在大約OHz與大約12GHz之間的頻 率測量功率。
[0037] 在本發(fā)明的另一方面中，RF功率熱量計還包括不導(dǎo)電襯底；其中負(fù)載和輸出傳感 器在該不導(dǎo)電襯底上被微制造。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，測量射頻功率的方法包括：使用在RF負(fù)載上移動的流體 的溫度測量結(jié)合DC偏置來測量平均功率。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，測量射頻功率的方法包括使用與RF負(fù)載熱接觸的熱介 質(zhì)的溫度測量結(jié)合DC偏置來測量平均功率。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，射頻（RF)功率熱量計包括：電耦合到RF輸入的負(fù)載；電 耦合到負(fù)載的可變低頻電源，并被配置成施加低頻偏置到負(fù)載；熱耦合到負(fù)載的熱介質(zhì)； 熱耦合到熱介質(zhì)的出口溫度傳感器，該出口溫度傳感器被設(shè)置用于測量由于負(fù)載加熱導(dǎo)致 的熱介質(zhì)的溫度；以及電路，被配置成使用與RF負(fù)載熱接觸的熱介質(zhì)的溫度測量結(jié)合低頻 偏置來測量電耦合到RF輸入的RF源的平均功率。
[0041] 本領(lǐng)域技術(shù)人員通過以下在附圖中示出并通過說明的方式描述的【具體實施方式】 中可以更清楚本發(fā)明的優(yōu)點。可以知道，本發(fā)明能夠有其他不同的實施方式，且其細(xì)節(jié)能夠 在許多方面進(jìn)行修改。
【附圖說明】
[0042] 現(xiàn)在通過示例方式并結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施方式，其中尤其示出了本發(fā)明的 這些和其他特征以及其他優(yōu)點，在附圖中：
[0043] 圖1是常規(guī)RF絕對流熱量計的框圖；
[0044] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的微制造RF功率測量熱量計的框圖；
[0045] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的微制造RF功率測量熱量計的第一襯底的布局；
[0046] 圖4a_b描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的微制造RF