[發明專利]基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統及其檢測方法

有效

• 申請號: 201310027303.8
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103116070A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 廖小平;易真翔;吳昊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02;G01R21/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明屬于微電子機械系統MEMS技術領域，為一種基于固支梁和直接式功率傳感器的在線式微波頻率檢測器及其檢測方法。

背景技術

在微波技術研究中，微波功率和頻率是表征微波信號特征的兩個重要參數。對這兩個參數的檢測已成為電磁測量的重要組成部分。微波信號頻率和功率的檢測器在軍事、個人通信和科學研究等方面都有非常廣泛的應用。現有的微波頻率檢測技術主要基于外差法、計數法、諧振法和比相法，微波功率檢測技術主要基于二極管、熱電偶和熱敏電阻的方法。盡管這些檢測技術已經形成，但是其缺點在于無法系統集成頻率檢測與功率檢測。隨著科學技術的不斷發展，現代個人通信系統和雷達系統要求越來越高：微型化，結構簡單化以及在線式的微波頻率檢測器已成為一種趨勢。近年來，隨著MEMS技術的快速發展以及對MEMS固支梁結構和MEMS直接式微波功率傳感器研究的不斷深入，使基于固支梁和直接式功率傳感器的微波頻率和功率檢測的系統集成成為可能。

發明內容

本發明要解決的問題是：現有的微波信號檢測無法系統集成頻率檢測與功率檢測，用戶需要簡單的結構，較小的體積以及可在線檢測的微波頻率、功率檢測器。

本發明的技術方案為：基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統，所述微波檢測系統包括MEMS可重構天線、MEMS可調濾波器、控制電路和微波檢測器，MEMS可重構天線接收微波信號，經MEMS可調濾波器后，得到待測微波信號輸入微波檢測器，控制電路分別連接MEMS可重構天線和MEMS可調濾波器，

所述微波檢測器在GaAs襯底上設有待測信號傳輸線、兩個結構完全相同的MEMS固支梁結構、一個功合器以及四個結構完全相同的MEMS直接式微波功率傳感器，待測信號傳輸線為CPW傳輸線，所述CPW傳輸線由信號線和地線構成，待測微波信號通過待測信號傳輸線輸入一個MEMS直接式微波功率傳感器，兩個MEMS固支梁結構懸于待測信號傳輸線的信號線上方，兩個MEMS固支梁結構的固支梁一端分別連接一個MEMS直接式微波功率傳感器，另一端分別連接至功合器，功合器的輸出端連接一個MEMS直接式微波功率傳感器。

作為優選，微波檢測器的兩個MEMS固支梁結構之間的距離L為中心頻率點所對應波長的1/4，所述中心頻率點指所述微波檢測器的頻率檢測范圍的中心頻率點。

微波檢測器的MEMS固支梁結構與功合器以及MEMS直接式微波功率傳感器之間通過CPW傳輸線連接，功合器與MEMS直接式微波功率傳感器之間通過CPW傳輸線連接；固支梁結構包括固支梁和錨區，固支梁與下方的待測信號傳輸線的信號線之間設有絕緣介質層。

微波檢測器的功合器包括不對稱共面帶線ACPS信號線、地線和隔離電阻，功合器的輸入端和輸出端之間為不對稱共面帶線ACPS信號線，隔離電阻設置在兩個輸入端之間。

一種上述基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統的檢測方法，由MEMS可重構天線接收微波信號，經過MEMS可調濾波器之后得到待測微波信號，輸入微波檢測器中；在微波檢測器中，待測微波信號經過待測信號傳輸線，傳輸到位于待測信號傳輸線末端的MEMS直接式微波功率傳感器，檢測出待測微波信號的功率P；待測微波信號從待測信號傳輸線中經過時，兩個MEMS固支梁結構在線耦合出一對幅度相等、存在一定相位差的微波信號，每個微波信號分為兩路，一路輸入功合器進行矢量合成，另一路輸入MEMS直接式微波功率傳感器，測量由兩個MEMS固支梁結構各自耦合出的微波信號功率P₁、P₂；兩個MEMS固支梁結構距離L確定時，耦合出的兩個微波信號存在一個與待測微波信號頻率成正比的相位差功合器的合成信號的功率P₃與該相位差存在一個余弦函數的關系：

四個MEMS直接式微波功率傳感器基于Seebeck原理檢測待測微波信號的功率P、MEMS固支梁耦合出的微波信號的功率P₁、P₂以及功合器合成信號的功率P₃的大小，并以直流電壓形式V、V₁、V₂和V₃輸出測量結果，基于式（1），待測微波信號的頻率為：