MEMS微波信號相位檢測器的系統(tǒng)級模擬.pdf

1、RF MEMS(Radio frequency Micro-Electro-Mechanical System)技術(shù)始于上世紀(jì)90年代，近年來微波功率的測量已經(jīng)日漸成熟，而隨著相控陣?yán)走_(dá)、天線、鎖相環(huán)、相位測量設(shè)備的發(fā)展，對微波信號相位的測量正變得越來越重要。在矢量運(yùn)算法的基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)室提出了基于MEMS技術(shù)的X波段雙通道微波信號相位檢測系統(tǒng)，它由威爾遜功分器＼功合器、移相器以及MEMS微波功率傳感器組成。該系統(tǒng)的測量范圍達(dá)到了-18

2、0°～180°，相比于其它實(shí)現(xiàn)方案具有低功耗、頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文按照自底向上的方式對由威爾遜功分器、移相器以及MEMS微波功率傳感器組成的X波段MEMS微波信號相位檢測器進(jìn)行了分析與模擬，建立了從器件到系統(tǒng)的各級微波解析模型。在分析一種電容補(bǔ)償式威爾遜功分器的版圖時，利用保角變換的方法，提出了考慮有限地線寬度的邊緣耦合共面波導(dǎo)在奇偶模激勵情況下的電氣參數(shù)方程式(有效介電常數(shù)、填充系數(shù)、特征阻抗)。忽略版圖中的拐角及

3、不連續(xù)，將功分器版圖化簡為等效電路模型，利用前述耦合共面波導(dǎo)電氣參數(shù)并引入相關(guān)的傳輸線損耗模型，通過奇偶模分析方法得到了功分器的散射參數(shù)的解析表達(dá)式。該系統(tǒng)所采用的兩個45°移相器，由共面波導(dǎo)組成，在引入損耗模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了相應(yīng)的散射參數(shù)解析模型。該系統(tǒng)所采用的是由本實(shí)驗(yàn)提出的電容式MEMS微波功率傳感器和熱電式MEMS微波功率傳感器，這些傳感器已經(jīng)被充分研究。利用微波網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論，將前述各器件對應(yīng)的二、三端口網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)成整個系統(tǒng)

4、，從而可以得到理想情況下該微波信號相位檢測器的系統(tǒng)級散射參數(shù)模型。
　　為研究實(shí)際情況下的非理想特性，在該微波信號相位檢測器原理的基礎(chǔ)上，提出了等效相移誤差的概念，并將該變量等效為固定移相器，分別級聯(lián)于兩個45°移相器之后；推導(dǎo)了相移誤差在對稱和不對稱情況下的解析表達(dá)式。利用前述的自底向上的系統(tǒng)模型，將代表該等效相移誤差的固定移相器引入系統(tǒng)模型中，研究了在對稱和不對稱情況下相移誤差由-30°～30°變化范圍內(nèi)，對應(yīng)的系統(tǒng)各散射參數(shù)