通过微波雷达干涉测量技术表征自卷曲膜的运动特性

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：Characterizing Self-Rolled-Up Membrane Motion via Microwave Radar Interferometry

　　

摘要：

自卷曲膜（S-RuMs）是一种新兴的射频材料，由于其紧凑的尺寸和优异的性能，有望用于制造射频电路中的三维无源元件。对S-RuM的运动特性进行表征对于材料评估和工艺优化至关重要。然而，传统的基于光学的传感器无法有效捕捉这些封装目标。微波干涉测量技术凭借其穿透能力和运动敏感性提供了一个有前景的替代方案，但受到S-RuM极小的雷达截面积（RCS）（<?76.5 分贝平方）和深度亚波长位移（<150?微米）的限制。本文提出了一种S-RuM雷达干涉测量（S-RIC）技术，以准确量化S-RuM的滚动运动。首先，进行了系统的链路预算分析，以确定信噪比（SNR）要求，并评估在这种微弱运动场景下雷达检测的可行性。随后，提出了一种新型的增强型S-RuM运动表征框架，该框架具有信号预校准和一种新型的联合抗噪声和轨迹放大解调技术。实验在材料实验室中使用定制设计的24 GHz干涉雷达原型进行。结果表明，所提出的方法能够获得更平滑的S-RuM运动轨迹，并将精度提高了超过5倍，相比传统的干涉测量技术。不同类型的S-RuM都能实现精确的运动表征，所有相对均方根误差（RRMSE）均小于5%。这些发现证实，所提出的S-RIC技术填补了S-RuM变形-运动表征中的一个关键技术空白，并为材料传感应用提供了参考解决方案。