[发明专利]基于悬臂梁和直接式功率传感器的微波检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统MEMS技术领域，为一种基于悬臂梁和直接式功率传感器的在线式微波频率检测器及其检测方法。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，微波技术的研究越来越深入，因而微波信号的功率和频率这两个重要参数的检测也必不可少。微波信号频率和功率的检测器在军事、商业和科学研究等方面都有非常广泛的应用。当前微波频率检测技术主要基于外差法、计数法、比相法和谐振法原理，微波功率检测技术主要基于二极管、热电偶和热敏电阻的方法。但这些方法都是分立的，这就带来一个无法避免的缺陷：无法实现频率检测与功率检测的系统集成。随着科学技术的不断发展，现代个人通信系统和雷达系统的要求越来越高：低功耗、小型化以及可以单片集成的微波频率检测器成为新的趋势。近年来，随着MEMS技术在雷达通信领域的广泛运用，以及对MEMS悬臂梁结构和MEMS直接式微波功率传感器研究的不断深入，使基于悬臂梁和直接式功率传感器的微波频率和功率检测的系统集成成为可能。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有的微波信号检测无法系统集成频率检测与功率检测，用户需要简单的结构，较小的体积以及可在线检测的微波频率、功率检测器。

本发明的技术方案为：基于悬臂梁和直接式功率传感器的微波检测系统，所述微波检测系统包括MEMS可重构天线、MEMS可调滤波器、控制电路和微波检测器，MEMS可重构天线接收微波信号，经MEMS可调滤波器后，得到待测微波信号输入微波检测器，控制电路分别连接MEMS可重构天线和MEMS可调滤波器，

所述微波检测器在GaAs衬底上设有待测信号传输线、四个结构完全相同的MEMS悬臂梁结构、一个功合器以及四个结构完全相同的MEMS直接式微波功率传感器，待测信号传输线为CPW传输线，所述CPW传输线由信号线和地线构成，待测微波信号通过待测信号传输线输入一个MEMS直接式微波功率传感器，四个MEMS悬臂梁结构分为两对，对称悬于待测信号传输线的信号线上方，其中位于待测信号传输线的信号线同一侧两个MEMS悬臂梁结构分别连接一个MEMS直接式微波功率传感器，另一侧对称的两个MEMS悬臂梁结构分别连接至功合器，功合器的输出端连接一个MEMS直接式微波功率传感器。

作为优选，微波检测器沿待测信号传输线方向，两对MEMS悬臂梁结构之间的距离L为中心频率点所对应波长的1/4，所述中心频率点指所述微波频率检测器的频率检测范围的中心频率点。

微波检测器的MEMS悬臂梁结构与功合器以及MEMS直接式微波功率传感器之间通过CPW传输线连接，功合器与MEMS直接式微波功率传感器之间通过CPW传输线连接；悬臂梁结构包括悬臂梁和锚区，悬臂梁与下方的待测信号传输线的信号线之间设有绝缘介质层。

微波检测器的功合器包括不对称共面带线ACPS信号线、地线和隔离电阻，功合器的输入端和输出端之间为不对称共面带线ACPS信号线，隔离电阻设置在两个输入端之间。

一种上述基于悬臂梁和直接式功率传感器的微波检测系统的检测方法，由MEMS可重构天线接收微波信号，经过MEMS可调滤波器之后得到待测微波信号，输入微波检测器中；在微波检测器中，待测微波信号经过待测信号传输线，传输到位于待测信号传输线末端的MEMS直接式微波功率传感器，检测出待测微波信号的功率P；待测微波信号从待测信号传输线中经过时，位于待测信号传输线的信号线同一侧的两个MEMS悬臂梁结构在线耦合出两支幅度相等、存在一定相位差的微波信号，分别输入一个MEMS直接式微波功率传感器，测量由悬臂梁结构各自耦合出的微波信号功率P₁、P₂；位于所述信号线另一侧的两个MEMS悬臂梁结构在线耦合出两支同样的微波信号，输入功合器进行矢量合成，再输入一个MEMS直接式微波功率传感器，测量由合成信号的功率P₃；所述两支微波信号存在一个与待测微波信号频率成正比的相位差功合器的合成信号的功率P₃与该相位差存在一个余弦函数的关系，

四个MEMS直接式微波功率传感器基于Seebeck原理检测待测微波信号的功率P、MEMS悬臂梁耦合出的微波信号的功率P₁、P₂以及功合器合成信号的功率P₃的大小，并以直流电压形式V、V₁、V₂和V₃输出测量结果，基于式（1），待测微波信号的频率为：