MEMS微波信號無線接收及檢測的研究.pdf

1、微波功率是表征微波信號特征最重要的參數(shù)之一。微波功率的檢測在信號源輸出電平及振蕩器輸出功率的測量、微波發(fā)射機/接收機的輸入/輸出功率水平的監(jiān)視、增益控制、電路保護、交通控制等都有十分廣泛的應用?；赟eebeck效應即熱電轉換原理的微波功率傳感器，具有快速響應、高靈敏度、寬頻帶等諸多優(yōu)點而被廣泛研究。論文首先對一種基于MEMS技術，與GaAs MMIC工藝相兼容的終端式微波功率傳感器進行了分析，建模與驗證。接著，對微波信號的無線接收進行

2、了研究。微波信號的無線接收是通過天線來完成的，隨著現(xiàn)代無線通信的快速發(fā)展，如3G、4G、WiMax、WLAN、UWB、Bluetooth和Zigbee等的出現(xiàn)，單一服務的通信系統(tǒng)已經不能滿足現(xiàn)代通信的需求，希望天線根據(jù)實際使用環(huán)境實時改變其電特性，即實現(xiàn)天線的電特性“可重構”。論文設計了一種頻率可重構天線，并對天線進行了仿真和優(yōu)化。論文最后在終端式功率傳感器和頻率可重構天線的基礎上，提出了一種無線接收式微波檢測系統(tǒng)的初步結構。
　

3、　本文在前兩章中介紹了微電子機械系統(tǒng)以及射頻微電子機械系統(tǒng)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，并對目前已有的微波功率測暈方法進行了總結和分類，接著簡單介紹了微波傳輸特性，seebeck效應和熱傳遞等基本原理，為后續(xù)微波損耗模型以及傳熱模型的建立奠定了理論基礎。
　　第三章首先對微波功率傳感器的熱轉移行為進行了研究，建立了傳感器的靈敏度模型?；诟道锶~方程，重點分析了微波功率傳感器靈敏度與熱電堆長度之間的關系。對傳感器芯片進行了流水測試，測試頻率為1

4、0GHz，輸入功率為1～100mW，傳感器具有良好的匹配特性和較高的線性度；熱電偶的長度為40，70和100μm時，模型計算理論值為0.12，0.20和0.29mV/mW，與此對應的測試結果分別為0.10，0.22和0.30mV/mW，其誤差小于0.02 mV/mW。接著，對傳感器終端電阻與熱電偶的間距進行了分析和討論，以此獲得良好的阻抗匹配和較高的靈敏度特性。傳感器靈敏度值隨著間距增大而減小，而阻抗匹配特性隨著間距先增大再減小。對靈敏

5、度與阻抗匹配特性折衷考慮，得出一個較優(yōu)化值，間距為10μm。最后，對該傳感器提出了兩種簡單的封裝結構并進行了測試，一種沒有介質層-封裝A，一種具有介質層-封裝B。測試結果表明傳感器封裝前后均具有良好線性度，裸片、封裝A和封裝B，在X波段(8-12GHz)的頻率損耗分別為0.016(10％)，0.059(32％)和0.029(15％)mV/mW，封裝B優(yōu)越于封裝A。
　　第四章闡述了天線的基本參數(shù)和頻率可重構天線的基本原理，介紹了天

6、線的求解方法與微型化途徑。提出了一種新型的頻率可重構共面天線結構，并對天線結構進行了仿真和優(yōu)化，天線采用三根懸臂梁進行控制，通過直流電壓的下拉，中心頻率可以在不同頻率段實時切換。天線全up態(tài)111與全down態(tài)000模式下的中心頻率分別為10GHz和9.75GHz，對應的帶寬分別為9.62GHz～10.06GHz和9.72GHz～10.22GHz，天線完成了最大頻率幅度變化為0.25GHz的可重構，通過對懸臂梁的選擇性下拉，可以獲得9.