[發明專利]基于熱電式和電容式雙通道在線檢測的MEMS微波駐波計

有效

• 申請號: 201911420905.3
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111044799B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 張志強;孫國琛;黃曉東;韓磊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01R21/02;G01R21/00;B81B7/02;B81B7/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

本發明的基于熱電式和電容式雙通道在線檢測的MEMS微波駐波計將ACPS傳輸線的信號線對稱放置在主傳輸線兩端作為副傳輸線構成了對稱型定向耦合器；對稱型定向耦合器將入射微波功率和反射微波功率分別提取到上下兩條支路的耦合端和隔離端；通過分別在上方支路和下方支路放置熱電式和電容式MEMS微波功率傳感器，測量上下兩支路耦合端和隔離端的微波功率，進而得到駐波比；由于熱電式MEMS微波功率傳感器適合測量較小的微波功率，而電容式MEMS微波功率傳感器適合測量較大的微波功率，因此采用兩種傳感器同時進行測量可以獲得更大的微波駐波計測量動態范圍；該MEMS微波駐波計具有低損耗、小芯片面積以及與砷化鎵單片微波集成電路工藝兼容的特點。

技術領域

本發明涉及基于熱電式和電容式雙通道在線檢測的MEMS微波駐波計，尤其涉及一種基于MEMS（Micro-Electro-Mechanical-System，微機電系統）技術的熱電式和電容式雙通道在線檢測MEMS微波駐波計及制備方法。

背景技術

在現代微波高密度集成雷達系統中，微波駐波計是微波系統模塊中檢測工作狀態的關鍵元件，用來表征雷達系統中駐波比的大小。微波高密度集成雷達系統要求天線、TR組件等模塊高度集成，用于微型偵查、抗干擾和頻率檢測等。隨著雷達系統尺寸越來越小且集成化程度越來越高，高度集成后的雷達系統性能差別大、難測量、難拆除，并且長期工作和受環境影響易造成其組件失效，因此實現在線檢測雷達系統的駐波比至關重要。

通過采用微波駐波計可以在雷達系統處于工作狀態下進行測量，此方法將微波駐波計嵌入在放大器和天線之間，并可執行連續測試。一般而言，微波駐波計主要包括兩部分：一是微波信號的提取部分，二是被提取微波信號的檢測部分。對于微波信號的提取部分，其可分為基于多端口環形結、基于采樣傳輸線和基于定向耦合器等結構；而對于被提取微波信號的檢測部分，通常采用二極管、邏輯電路和熱敏電阻等結構。然而，這些駐波計表現出體積較大、有源檢測、工作頻帶較窄、測量高功率時需要額外的衰減器、非在線檢測等不足。隨著MEMS技術的快速發展，對于被提取微波信號的檢測部分可采用基于MEMS技術的微波功率傳感器，用于測量被提取微波信號的功率大小，具有低功耗、微型化、寬頻帶、易集成和在線檢測等特點。目前，基于MEMS技術的微波功率傳感器主要包括兩種：熱電式MEMS微波功率傳感器和電容式MEMS微波功率傳感器。對于熱電式MEMS微波功率傳感器，其基于微波功率-熱-電轉換原理；當測量較大的微波功率時，在負載吸收電阻和熱電堆的熱端之間的測量區域的溫度很高，導致熱電式傳感器的輸出熱電壓趨于飽和，非常大時甚至燒毀負載吸收電阻或熱電堆，因而熱電式MEMS微波功率傳感器更適合測量較小的微波功率；對于電容式MEMS微波功率傳感器，其基于微波功率-力-電轉換原理；當測量較小的微波功率時，在MEMS梁和傳感電極之間的電容變化量較小，導致電容式傳感器的輸出電容變化量很小，這對測試儀器的精度要求很高，甚至有時由于精度不夠難以測量，因而電容式MEMS微波功率傳感器更適合測量較大的微波功率。通過文獻調研發現，基于MEMS技術的微波功率傳感器在微波駐波計的應用尚屬空白。

因此，迫切需要研制出一種具有微型化、低功耗、集成化、低成本、寬動態范圍且在線檢測駐波比的微波駐波計，以嵌入到微波高密度集成雷達系統中，從而實現雷達微波系統的駐波比檢測。隨著熱電式和電容式MEMS微波功率傳感器的的深入研究，基于MEMS技術開發實現上述功能的基于熱電式和電容式雙通道在線檢測的MEMS微波駐波計成為可能。

發明內容

技術問題：為了解決現有微波駐波計測量微波功率動態范圍較小的問題，本發明提供一種微型化、低功耗、集成化、低成本、寬動態范圍且在線檢測駐波比的MEMS微波駐波計，可用于測量更大范圍微波功率的駐波比，并同時給出基于熱電式和電容式雙通道在線檢測的MEMS微波駐波計的制備方法。

技術方案：本發明的基于熱電式和電容式雙通道在線檢測的MEMS微波駐波計采用砷化鎵（GaAs）為襯底，在GaAs襯底上設有CPW傳輸線、ACPS傳輸線、對稱型定向耦合器、兩個相同的熱電式MEMS微波功率傳感器和兩個相同的電容式MEMS微波功率傳感器：