熱電式MEMS微波功率傳感器及其無線接收檢測的研究.pdf

1、在微波技術(shù)研究中，微波功率是表征微波信號特征的一個重要參數(shù)。微波功率的檢測在微波發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的功率水平的監(jiān)視、增益控制、電路保護(hù)、交通控制、手提式設(shè)備以及軍事領(lǐng)域中，都有十分廣泛的應(yīng)用，它已成為電磁測量的重要組成部分。而基于熱電轉(zhuǎn)換原理的熱電式MEMS微波功率傳感器是最為常用的微波測量儀器，具有高靈敏度、寬頻帶和數(shù)字顯示等優(yōu)點(diǎn)。但是熱電式MEMS微波功率傳感器也存在固有的不足，就是過載能力相對較差，容易燒毀。隨著集成微波和毫米波功率傳

2、感器的發(fā)展，微波功率的無線接收檢測正在得到廣泛的需求。MutambaK等研究者提出了一種采用雙極天線的無線功率傳感器，但是它采用的是雙極天線，沒有采用共面波導(dǎo)饋線，因此它很難與GaAsMMIC系統(tǒng)中的其它器件兼容。
　　 因此本文針對熱電式MEMS微波功率傳感器的不足，同時結(jié)合共面波導(dǎo)饋線天線和MEMS懸臂梁的優(yōu)勢，對熱電式MEMS微波功率傳感器及其無線接收檢測進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容包括:
　　 (1)建立了傅里葉等效模型

3、，優(yōu)化了基于GaAsMMIC工藝制作的熱電式MEMS微波功率傳感器。利用有限元軟件HFSS和ANSYS分別模擬分析了熱電式MEMS微波功率傳感器的微波特性和熱學(xué)特性，對結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化提供了依據(jù)。分析了熱電式MEMS微波功率傳感器的靈敏度與熱電堆長度之間的關(guān)系、靈敏度與負(fù)載電阻和熱電堆之間間距的關(guān)系。得到了熱電式MEMS微波功率傳感器合理的微結(jié)構(gòu)尺寸:熱電堆的長度為200μm，負(fù)載電阻和熱電堆之間的間距為10μm;
　　 (2)

4、提出了一種頻率補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的熱電式MEMS微波功率傳感器，研究了熱電式MEMS微波功率傳感器的頻率特性。在8GHz-12GHz頻率下和100mW功率范圍內(nèi)，頻率補(bǔ)償前，熱電式MEMS微波功率傳感器輸出電壓的最大相對誤差為5.9％。頻率補(bǔ)償后，輸出電壓的最大相對誤差減小為0.96％。因此該結(jié)構(gòu)可以有效的減小頻率對功率檢測的影響;
　　 (3)針對熱電式MEMS微波功率傳感器較差的過載能力，設(shè)計了一種具有抗過載能力的熱電式MEMS微波功

5、率傳感器。當(dāng)微波功率過大時，MEMS懸臂梁就會產(chǎn)生位移，保護(hù)熱電式MEMS微波功率傳感器，同時該MEMS懸臂梁起著電容式MEMS微波功率傳感器的作用。測試結(jié)果表明這種具有抗過載能力的熱電式MEMS微波功率傳感器的燒毀水平可以達(dá)到720mW;
　　 (4)采用COB和金線綁定技術(shù)對熱電式MEMS微波功率傳感器設(shè)計了一種經(jīng)濟(jì)的金屬封裝方案。并對封裝后的熱電式MEMS微波功率傳感器進(jìn)行了溫濕度可靠性測試，測試結(jié)果表明溫度對熱電式MEM

6、S微波功率傳感器的影響較大，濕度的影響較小。通過熱電式MEMS微波功率傳感器的溫度系數(shù)的提取，其大小約為0.5mV/(W.K)，以達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)木_標(biāo)定;
　　 (5)設(shè)計了一種基于共面波導(dǎo)饋線天線的無線接收式MEMS微波功率傳感器，實(shí)現(xiàn)了微波功率從有線檢測向無線檢測的跨越。對制備好的無線接收式MEMS微波功率傳感器進(jìn)行了測試，測試包括無線接收式MEMS微波功率傳感器的靈敏度特性測試、頻率特性測試和方向性測試。測試范圍在34GH