[發明專利]基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器及制法

有效

• 申請號: 201310244226.1
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103344831A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 廖小平;吳昊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器及其制備方法，屬于微電子機械（MEMS）技術。

背景技術

在微波技術研究中，作為表征信號的三大參數（幅度、頻率和相位）之一的微波相位是微波信號的一個重要參數。微波信號相位檢測器在相控陣雷達、天線、鎖相環、相位測量設備等系統中有著廣泛的應用。微波信號相位檢測器的原理是將相位差轉化為便于測量的電壓、電流和頻率信號，并由它們反映出相位差。目前實現微波相位檢測的方法主要有二極管結構、乘法器結構及矢量運算法，矢量運算法與前面兩種方法相比具有低功耗、頻帶寬、結構簡單等優點。MEMS具有體積小、功耗低、成本低等優點，隨著MEMS技術的發展以及現如今對于MEMS直接熱電式微波功率傳感器的深入研究，使利用MEMS技術實現基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器成為可能。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器及其制備方法，直接將鑒相器和低通濾波器兩個模塊簡化為一個由MEMS功合器和MEMS直接熱電式微波功率傳感器構成的模塊，以提高相位檢測器的集成度。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器，包括襯底、設置在襯底上的地線、MEMS功合器、共面波導（CPW）傳輸線、兩組MEMS固支梁結構和MEMS直接熱電式微波功率傳感器、以及外接的壓控振蕩器和頻率計，在襯底上定義一條對稱軸線；

所述地線形成沿對稱軸線對稱的結構，包括對稱位于對稱軸線兩側且不相接觸的兩段側邊地線、以及對稱位于對稱軸線上的一段公共地線；

所述MEMS功合器形成沿對稱軸線對稱的結構，包括對稱位于對稱軸線兩側的兩段不對稱共面帶線（ACPS）和隔離電阻，所述兩段不對稱共面帶線的輸入端通過隔離電阻隔離、輸出端相連接；

所述共面波導傳輸線形成沿對稱軸線對稱的結構，包括位于對稱軸線兩側且不相連接的兩段輸入共面波導傳輸線、以及對稱位于對稱軸線上的一段輸出共面波導傳輸線；所述兩段輸入共面波導傳輸線分別與兩段不對稱共面帶線的輸入端相連接，分別作為第一信號輸入端口和第二信號輸入端口；所述兩段不對稱共面帶線的輸出端相連接后接入輸出共面波導傳輸線，作為信號輸出端口；

所述兩組MEMS固支梁結構分別設置在對稱軸線的兩側且相對對稱軸線對稱，所述MEMS固支梁結構包括MEMS固支梁和錨區，所述MEMS固支梁跨接在位于同一側的輸入共面波導傳輸線的上方、兩端分別通過錨區固定在位于同一側的側邊地線和公共地線上；所述MEMS固支梁和位于其下方的輸入共面波導傳輸線構成補償電容；

所述MEMS直接熱電式微波功率傳感器包括兩組氮化鉭電阻、半導體熱電偶臂和直流輸出塊，所述信號輸出端口分成兩路分別通過一組氮化鉭電阻和半導體熱電偶臂與兩段側邊地線相連接，其中一段側邊地線通過一個直流輸出塊接入壓控振蕩器，另一段側邊地線通過另一個直流輸出塊接地；所述兩組氮化鉭電阻和半導體熱電偶臂形成串聯結構；

所述壓控振蕩器的輸出信號接入頻率計。

優選的，所述輸入共面波導傳輸線上位于MEMS固支梁下方的部分表面覆蓋有氮化硅介質層。

優選的，其中一個直流輸出塊和側邊地線之間的連接線的兩層金屬之間有氮化硅介質層。

優選的，所述MEMS直接熱電式微波功率傳感器基于Seebeck原理對MEMS功合器輸出的合成微波信號的功率進行檢測，并在直流輸出塊上以直流電壓的形式輸出測量結果。

所述襯底為砷化鎵襯底。

上述相位檢測器中，CPW傳輸線用于實現微波信號的傳輸。MEMS固支梁和位于其下方的輸入共面波導傳輸線構成補償電容，該補償電容的設計可以在實現電路阻抗匹配的同時縮小MEMS功合器的尺寸，使得整個相位檢測器的集成度更高。MEMS功合器用于將輸入的兩路信號（第一信號和第二信號）進行矢量合成，然后由MEMS直接熱電式微波功率傳感器檢測合成后的微波信號的功率，最后輸出直流電壓；輸出的直流電壓直接接入到壓控振蕩器的輸入端，由壓控振蕩器產生輸出信號；壓控振蕩器產生的輸出信號接入頻率計，然后由所測得的頻率可以推算出第一信號和第二信號之間的相位差，從而實現基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器。

一種基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器的制備方法，包括如下步驟：