FTIR系统用于输出光谱测量

Pavis：面向SoC/SiP无线传感器和参与者节点实现的功率感知系统架构

Stefan Mahlknecht。。。Thomas Herndl，《现场总线系统及其应用》20052006

 

1简介

传感器网络节点由微瓦无线电和数字基带收发器组成，具有低占空比（<1%）、低吞吐量（1 bps至10 kbps）的特点，将几乎所有设计学科统一在一个封装中：基于MEMS的传感技术、信号调节、A/D和D/A转换、数字信号处理、，诸如功率感知媒体访问控制器（MAC）和路由层、天线设计、能量管理和能量清除的协议层。

 

到目前为止，无线传感器和参与者网络（WSAN）的主题主要在学术界进行研究，然而最近工业界的兴趣有所增加。大多数使用这些网络的应用程序都需要在网络的整个生命周期（可能是多年甚至几十年）内实现能源自主，因此，必须将单个传感器节点的平均功耗降至几十μ安培。设计这样一个异构的、极其高效的系统是一项极具挑战性的任务，需要在整个系统设计的许多不同方面甚至设计方法本身采用新的方法。μ瓦特节点可部署大型免维护网络，其中有许多节点，在使用寿命期间不需要更换电池。或者，这些节点可以通过从不同环境源（例如光、振动）提取能量的低成本能量收集系统运行

Dongha Shim。。。KennethK公司。O，2016年，在硅的RF和Mm波发电领域

 

17.2.2准光学测量

由于损耗过大，使用电子仪器检测400GHz以上的亚微瓦信号具有挑战性[19]。例如，G波段（140–220 GHz）谐波混频器的转换损耗约为60 dB。亚太赫兹频率范围内的波导探头成本高昂，这使得测量更加困难。这些问题可以通过使用FTIR（傅里叶变换红外）光谱仪和片上天线的准光学测量技术来解决[8，9，34]。FTIR系统由光源、迈克尔逊干涉仪和硅辐射热计组成。图17.13显示了用于测量的FTIR系统的照片。FTIR系统识别芯片上天线辐射的相对输出功率谱（图17.14）。

 

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图17.13。输出光谱测量的FTIR设置示意图。

 

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图17.14。FTIR系统用于输出光谱测量（Bruker ISF 113v）。

 

塞缪尔·皮尔庞特·兰利于1878年发明了测辐射热计。它测量入射电磁辐射的能量。测辐射热计是最灵敏的探测器之一，用于探测辐射，包括可见光、红外辐射和紫外辐射，其量小至百万分之一尔格[20]。它由一个通过热链路连接到散热器的吸收元件组成。辐射的变化导致吸收元件的电阻变化。吸收元件可以是铂带、半导体膜或任何其他物质，其电阻因入射辐射量的轻微变化而改变[20]。入射辐射通过测辐射热计中的温斯顿锥体耦合到吸收元件[21]。大多数测辐射热计使用半导体或超导吸收元件而不是金属。这些装置在低温下运行，显著提高了灵敏度。

 

迈克尔逊干涉仪是一种仪器，它将入射光束分成两条不同的路径，然后重新组合两束光束[22]。分束器位于固定镜和可移动镜之间。分束器将输入的辐射束分成两束。当两个光束重新组合时，会产生一种干涉发生的条件。探测器所看到的光束强度的变化是路径差的函数，这种强度的图称为干涉图。在FTIR系统中使用傅里叶变换将干涉图转换成期望的光谱信息。

 

带有片上天线的制造振荡器是引线键合的，并安装在测试板上。将其放置在FTIR系统的光源灯的支架中。振荡器工作时扫描辐射输出频谱。为了去除背景辐射，在振荡器关闭时获取背景光谱。

 

使用图17.15所示的设置测量绝对辐射功率水平。振荡器紧邻测辐射热计窗口放置。输出信号中的噪声和漂移