專利名稱：基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子機械系統(tǒng)MEMS技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
在微波技術(shù)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(shù)。對這兩個參數(shù)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(xué)研究等方面都有非常廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的微波頻率檢測技術(shù)主要基于外差法、計數(shù)法、諧振法和比相法，微波功率檢測技術(shù)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(shù)已經(jīng)形成，但是其缺點在于無法系統(tǒng)集成頻率檢測與功率檢測。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代個人通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)要求越來越高:微型化，結(jié)構(gòu)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(shù)的快速發(fā)展以及對MEMS固支梁結(jié)構(gòu)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(tǒng)集成成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是:現(xiàn)有的微波信號檢測無法系統(tǒng)集成頻率檢測與功率檢測，用戶需要簡單的結(jié)構(gòu)，較小的體積以及可在線檢測的微波頻率、功率檢測器。本發(fā)明的技術(shù)方案為:基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)，所述微波檢測系統(tǒng)包括MEMS可重構(gòu)天線、MEMS可調(diào)濾波器、控制電路和微波檢測器，MEMS可重構(gòu)天線接收微波信號，經(jīng)MEMS可調(diào)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(gòu)天線和MEMS可調(diào)濾波器，所述微波檢測器在GaAs襯底上設(shè)有待測信號傳輸線、兩個結(jié)構(gòu)完全相同的MEMS固支梁結(jié)構(gòu)、一個功合器以及四個結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)懸于待測信號傳輸線的信號線上方，兩個MEMS固支梁結(jié)構(gòu)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(yōu)選，微波檢測器的兩個MEMS固支梁結(jié)構(gòu)之間的距離L為中心頻率點所對應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)包括固支梁和錨區(qū)，固支梁與下方的待測信號傳輸線的信號線之間設(shè)有絕緣介質(zhì)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(shè)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(tǒng)的檢測方法，由MEMS可重構(gòu)天線接收微波信號，經(jīng)過MEMS可調(diào)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(jīng)過待測信號傳輸線，傳輸?shù)轿挥诖郎y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(jīng)過時，兩個MEMS固支梁結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jié)構(gòu)各自耦合出的微波信號功率Pp P2 ;兩個MEMS固支梁結(jié)構(gòu)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爐，功合器的合成信號的功率P3與該相位差爐存在一個余弦函數(shù)的關(guān)系:
權(quán)利要求
1.基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)，其特征是所述微波檢測系統(tǒng)包括MEMS可重構(gòu)天線、MEMS可調(diào)濾波器、控制電路和微波檢測器，MEMS可重構(gòu)天線接收微波信號，經(jīng)MEMS可調(diào)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(gòu)天線和MEMS可調(diào)濾波器。
所述微波檢測器在GaAs襯底上設(shè)有待測信號傳輸線、兩個結(jié)構(gòu)完全相同的MEMS固支梁結(jié)構(gòu)、一個功合器以及四個結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)懸于待測信號傳輸線的信號線上方，兩個MEMS固支梁結(jié)構(gòu)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)，其特征是微波檢測器的兩個MEMS固支梁結(jié)構(gòu)之間的距離L為中心頻率點所對應(yīng)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)，其特征是微波檢測器的MEMS固支梁結(jié)構(gòu)與功合器以及MEMS直接式微波功率傳感器之間通過CPff傳輸線連接，功合器與ME MS直接式微波功率傳感器之間通過CPW傳輸線連接；固支梁結(jié)構(gòu)包括固支梁和錨區(qū)，固支梁與下方的待測信號傳輸線的信號線之間設(shè)有絕緣介質(zhì)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)，其特征是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(shè)置在兩個輸入端之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)，其特征是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(shè)置在兩個輸入端之間。
6.一種權(quán)利要求1 一 5任一項所述的基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征是由MEMS可重構(gòu)天線接收微波信號，經(jīng)過MEMS可調(diào)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(jīng)過待測信號傳輸線，傳輸?shù)轿挥诖郎y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(jīng)過時，兩個MEMS固支梁結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jié)構(gòu)各自耦合出的微波信號功率PpP2 ;兩個MEMS固支梁結(jié)構(gòu)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與該相位差爐存在一個余弦函數(shù)的關(guān)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Pp 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(jié)果，基于式(I )，待測微波信號的頻率為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征是通過控制電路改變MEMS可重構(gòu)天線和MEMS可調(diào)濾波器中驅(qū)動電極上的電壓，從而調(diào)整MEMS可重構(gòu)天線和MEMS可調(diào)濾波器的中心頻率，以實現(xiàn)某一特定頻率情況下的微波信號頻率和功率的檢測 。
全文摘要
基于固支梁和直接式功率傳感器的微波檢測系統(tǒng)及其檢測方法，檢測系統(tǒng)包括MEMS可重構(gòu)天線、MEMS可調(diào)濾波器、控制電路和微波檢測器，微波檢測器制備在GaAs襯底上，包括共面波導(dǎo)CPW傳輸線、兩個結(jié)構(gòu)完全相同的MEMS固支梁結(jié)構(gòu)、功合器以及四個結(jié)構(gòu)完全相同的MEMS直接式微波功率傳感器。本發(fā)明的基于固支梁和直接式功率傳感器的微波頻率和功率檢測系統(tǒng)不但具有結(jié)構(gòu)新穎，尺寸較小的優(yōu)點，而且可以實現(xiàn)微波信號頻率和功率檢測的集成，與GaAs單片微波集成電路兼容。
文檔編號G01R23/02GK103116070SQ20131002730
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者廖小平, 易真翔, 吳昊 申請人:東南大學(xué)