一种微波磁传感器及其测量方法技术

一种微波磁传感器，包括：两个半波长谐振器，每个所述半波长谐振器是一段传输线，其长度等于其基模谐振频率对应的波长的一半，两个所述半波长谐振器具有相同的长度和相同的所述基模谐振频率；一个磁阻元件，所述磁阻元件位于两个所述半波长谐振器之间，并与两个所述半波长谐振器等距对称间隔，所述磁阻元件与两个所述半波长谐振器的端部构成耦合电容器，两个所述半波长谐振器通过所述耦合电容器耦合。本发明专利技术提供的微波磁传感器，可以根据微波磁传感器的第一谐振频率的变化来确定外部磁场，由于谐振结构的谐振频率可以精准测量，因此本发明专利技术提供的微波磁传感器比现有的基于惠斯通电桥的磁阻传感器具有更高的灵敏度和准确度。桥的磁阻传感器具有更高的灵敏度和准确度。桥的磁阻传感器具有更高的灵敏度和准确度。

A microwave magnetic sensor and its measurement method

【技术实现步骤摘要】
一种微波磁传感器及其测量方法


[0001]本专利技术涉及传感器领域，特别涉及微波磁传感器及其测量方法。

技术介绍

[0002]磁传感器广泛用于消费电子产品和工业生产中，尤其是磁传感器在物联网 (IoT)和工业物联网(IIoT)中扮演着越来越重要的角色。磁传感器可用于提供智能家居解决方案，例如，允许用户远程打开和关闭电器，并通过测量电流和电压实时调整能耗。磁传感器还可用于为机器人和工厂自动化提供角度感测、距离感测、移动感测、和安全开关。
[0003]具有磁阻(MR)元件的磁传感器已被大规模使用。磁阻元件的电阻随着该磁阻元件所经历的外部磁场的变化而变化。磁阻元件包括诸如锑化铟(InSb)等半导体磁阻元件和诸如巨磁阻(GMR)元件、隧道磁阻(TMR)元件和各向异性磁阻 (AMR)元件等金属磁阻元件。主要由于其灵敏度和可靠性等方面的优势，具有金属磁阻元件的磁传感器广受青睐。
[0004]然而，由于金属磁阻元件本身是导体，因此难以精准测量金属磁阻元件的电阻率的变化。因此，具有金属磁阻元件的磁传感器的灵敏度和准确度有待进一步提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种微波磁传感器，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：一种微波磁传感器，包括：
[0007]两个半波长谐振器，每个所述半波长谐振器是一段传输线，其长度等于其基模谐振频率对应的波长的一半，两个所述半波长谐振器具有相同的长度和相同的所述基模谐振频率；
[0008]一个磁阻元件，所述磁阻元件位于两个所述半波长谐振器之间，并与两个所述半波长谐振器等距对称间隔，所述磁阻元件与两个所述半波长谐振器的端部构成耦合电容器，两个所述半波长谐振器通过所述耦合电容器耦合。
[0009]作为优选，所述磁阻元件为金属磁阻元件，包括巨磁阻元件、隧道磁阻元件或各向异性磁阻元件。
[0010]作为优选，所述传输线是一种平面传输线，包括带状线、微带或共面线。
[0011]作为优选，所述传输线是微带。
[0012]作为优选，衬底，由低损耗介电材料制成，包括但不限于硅、砷化镓、 FR
‑
4、氧化铝、蓝宝石、石英或其组合；
[0013]地线，由高导电性金属制成，包括但不限于金、银、铜或其组合。
[0014]作为优选，所述保护层覆盖所述磁阻元件；
[0015]所述保护层由低k材料制成，包括但不限于掺氟二氧化硅、有机硅玻璃、多孔二氧化硅或其组合。
[0016]作为优选，所述保护层填充所述谐振器和所述磁阻元件之间的间隙，并且覆盖所述半波长谐振器的一部分。
[0017]作为优选，所述磁阻元件在每一侧具有台阶结构；
[0018]所述磁阻元件包括顶面、中间面和底面，所述磁阻元件的底面直接接触衬底的顶面，所述磁阻元件的中间面和顶面位于所述半波长谐振器的顶面之上，并且在每一侧覆盖所述半波长谐振器一部分。
[0019]作为优选，所述隔离元件设置在所述半波长谐振器和所述磁阻元件之间；
[0020]所述隔离元件具有台阶结构；
[0021]所述隔离元件包括顶面、中间面和底面，所述隔离元件的顶面直接接触所述磁阻元件的中间面，所述隔离元件的中间面直接接触所述半波长谐振器的顶面，所述隔离元件的底面直接所述接触衬底的顶面。
[0022]所述隔离元件由低k材料制成，包括但不限于掺氟二氧化硅、有机硅玻璃、多孔二氧化硅或其组合。
[0023]作为优选，所述保护层覆盖所述磁阻元件；
[0024]所述保护层由低k材料制成，包括但不限于掺氟二氧化硅、有机硅玻璃、多孔二氧化硅、或其组合。
[0025]作为优选，所述隔离元件在每一侧具有台阶结构；
[0026]所述隔离元件包括顶面、中间面和底面，所述隔离元件的底面直接接触衬底的顶面，所述隔离元件的中间面直接接触所述半波长谐振器的顶面，并且在每一侧覆盖所述半波长谐振器一部分，所述磁阻元件设置在所述隔离元件的顶面上；
[0027]所述隔离元件的材料为低k材料，包括但不限于掺氟二氧化硅、有机硅玻璃、多孔二氧化硅或其组合。
[0028]作为优选，所述保护层覆盖所述磁阻元件；
[0029]所述保护层由低k材料制成，包括但不限于掺氟二氧化硅、有机硅玻璃、多孔二氧化硅、或其组合。
[0030]作为优选，所述半波长谐振器包括过渡部分，所述过度部分位于所述半波长谐振器靠近所述磁阻元件的一侧；
[0031]所述过渡部分靠近所述磁阻元件的一端的宽度与所述磁阻元件的宽度一致。
[0032]作为优选，所述耦合单元用于测量所述微波磁传感器的谐振频率；
[0033]所述耦合单元由一段传输线制成，所述传输线的特征阻抗与外部测量线路的特征阻抗一致。
[0034]作为优选，所述耦合单元与所述半波长谐振器之间的耦合为端对端耦合。
[0035]作为优选，所述耦合单元与所述半波长谐振器之间的耦合为平行耦合。
[0036]作为优选，所述衬底、所述半波长谐振器、所述耦合单元和所述地线由非磁性材料制成。
[0037]一种微波磁传感器的测量方法，包括：
[0038]S1，获得所述微波磁传感器的第一谐振频率与外部磁场强度之间的校准曲线，所述第一谐振频率为所述微波磁传感器的最低谐振频率，所述校准曲线通过在感兴趣的范围内不同强度的外部磁场下测量所述微波磁传感器的所述第一谐振频率来获得；
[0039]S2，在待测磁场下测量所述微波磁传感器的所述第一谐振频率，并根据所述校准曲线获得所述待测磁场的强度。
[0040]本专利技术有益效果是：
[0041]与现有技术相比，利用本专利技术提供的微波磁传感器，可以根据微波磁传感器的第一谐振频率的变化来确定外部磁场。由于谐振结构的谐振频率可以精准测量，因此本专利技术提供的微波磁传感器比现有的基于惠斯通电桥的磁阻传感器具有更高的灵敏度和准确度。此外，可以使用传统的半导体制造工艺和技术来制造所述微波磁传感器。另外，由于微波磁传感器工作在微波频率，因此可以将微波磁传感器集成到无线通信系统中，从而实现远程、无线传感。
附图说明
[0042]图1为本专利技术实施例提供的一种微波磁传感器的结构示意图；
[0043]图2为图1中的耦合电容器CAP的局部放大图；
[0044]图3为本专利技术实施例提供的一种示例性的微波磁传感器的第一谐振频率和磁阻元件的电阻率之间的关系图；
[0045]图4为本专利技术实施例提供的一种微带磁传感器的俯视图；
[0046]图5为沿图4中A
‑
A
’
截面的截面图；
[0047]图6为本专利技术实施例提供的另一种微带磁传感器的截面图；
[0048]图7为本专利技术实施例提供的另一种微带磁传感器的截面图；
[0049]图8为本专利技术实施例提供的另一种微带磁传感器的俯视图；
[0050]图9为沿图8中B<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波磁传感器，包括：两个半波长谐振器，每个所述半波长谐振器是一段传输线，其长度等于其基模谐振频率对应的波长的一半，两个所述半波长谐振器具有相同的长度和相同的所述基模谐振频率；一个磁阻元件，所述磁阻元件位于两个所述半波长谐振器之间，并与两个所述半波长谐振器等距对称间隔，所述磁阻元件与两个所述半波长谐振器的端部构成耦合电容器，两个所述半波长谐振器通过所述耦合电容器耦合。2.根据权利要求1所述的微波磁传感器，其特征在于：所述磁阻元件为金属磁阻元件，包括巨磁阻元件、隧道磁阻元件或各向异性磁阻元件。3.根据权利要求2所述的微波磁传感器，其特征在于：所述传输线是一种平面传输线，包括带状线、微带或共面线。4.根据权利要求3所述的微波磁传感器，其特征在于，所述传输线是微带。5.根据权利要求4所述的微波磁传感器，还包括：衬底，由低损耗介电材料制成，包括但不限于硅、砷化镓、FR
‑
4、氧化铝、蓝宝石、石英或其组合；地线，由高导电性金属制成，包括但不限于金、银、铜或其组合。6.根据权利要求5所述的微波磁传感器，还包括保护层，其特征在于：所述保护层覆盖所述磁阻元件；所述保护层由低k材料制成，包括但不限于掺氟二氧化硅、有机硅玻璃、多孔二氧化硅或其组合。7.根据权利要求6所述的微波磁传感器，其特征在于：所述保护层填充所述谐振器和所述磁阻元件之间的间隙，并且覆盖所述半波长谐振器的一部分。8.根据权利要求5所述的微波磁传感器，其特征在于：所述磁阻元件在每一侧具有台阶结构；所述磁阻元件包括顶面、中间面和底面，所述磁阻元件的底面直接接触衬底的顶面，所述磁阻元件的中间面和顶面位于所述半波长谐振器的顶面之上，并且在每一侧覆盖所述半波长谐振器一部分。9.根据权利要求8所述的微波磁传感器，还包括隔离元件，其特征在于：所述隔离元件设置在所述半波长谐振器和所述磁阻元件之间；所述隔离元件具有台阶结构；所述隔离元件包括顶面、中间面和底面，所述隔离元件的顶面直接接触所述磁阻元件的中间面，所述隔离元件的中间面直接接触所述半波长谐振器的顶面，所述隔离元件的底面直接所述接触衬底的顶面。所述隔离元件由低k材料制成，包括但不限于掺氟二氧化硅、有机硅玻璃、多孔二氧化硅或其组合。10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：维尼辛格，陈林峰，陈锦华，潘峰，魏锦烨，李敏，韩文都，
申请(专利权)人：湖州久鼎电子有限公司，
类型：发明
国别省市：