[发明专利]一种基于微机械间接热电式功率传感器的相位检测器及制法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统（MEMS）的技术领域，尤其是涉及一种基于微机械间接热电式功率传感器的相位检测器。

背景技术

在微波技术中，相位是表征微波信号的三大参数（幅度、频率和相位）之一，在很多电子和通信系统中都需要测量两个信号之间的相位差。当前广泛采用的相位检测器技术有基于二极管的平方率检波特性的，但是测量的动态范围较小；利用场效应管乘法器进行微波相位检测，其结构比较复杂，而且需要加直流偏置从而增加了功耗；还有利用余弦定理进行测量的方法，但是精度不是很高。随着微电子技术的突飞猛进，新材料、新技术、新工艺不断涌现，促使对无线通信系统和雷达系统等电子设备的要求不断提高：结构简单，体积较小以及精度较高的相位检测器电路成为一种趋势。当前，MEMS技术得到了快速发展，间接热电式功率传感器的研究日趋成熟，使基于微机械间接热电式功率传感器的相位检测器成为可能，因此有必要设计一种基于微机械间接热电式功率传感器的相位检测器。

发明内容

为解决目前相位检测器存在的不足，本发明提出一种基于微机械间接热电式功率传感器的相位检测器，该相位检测器结构简单、体积更小、精度更高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于微机械间接热电式功率传感器的相位检测器，包括衬底、设置在衬底上的功合器和MEMS间接式微波功率传感器、以及外接的压控振荡器和频率计，在衬底上定义一条对称轴线；功合器形成沿对称轴线对称的结构，包括地线、共面波导传输线、两段不对称共面带线、隔离电阻、两组固支梁和锚区；MEMS间接式微波功率传感器包括两组终端电阻、金属热偶臂、半导体热偶臂、金属连接线和两个直流输出块。

所述地线形成沿对称轴线对称的结构，包括对称位于对称轴线两侧且不相接触的两段侧边地线、对称位于对称轴线上的一段公共地线。

所述共面波导传输线形成沿对称轴线对称的结构，包括位于对称轴线两侧且不相连接的两段输入共面波导传输线、对称位于对称轴线上的一段输出共面波导传输线；所述两段输入共面波导传输线分别与两段不对称共面带线输入端相连接；所述两段不对称共面带线输入端通过隔离电阻隔离，所述两段不对称共面带线输出端相连接后接入输出共面波导传输线；所述两段不对称共面带线和隔离电阻形成沿对称轴线对称的结构；所述两段输入共面波导传输线分别作为一号信号输入端口和二号信号输入端口，所述输出共面波导传输线作为信号输出端口。

所述两组固支梁分别设置在对称轴线的两侧且相对对称轴线对称，所述固支梁跨接在位于同一侧的输入共面波导传输部分的上方，两端分别通过锚区固定在位于同一侧的地线侧边地线和公共地线上。

所述输出共面波导传输线分别与两段侧边地线通过一组终端电阻相连接，所述两组终端电阻分别对应设置有一组热电偶；所述两组热电偶的一端通过金属连接线串联连接，另一端分别通过金属连接线与直流输出块相连接；其中一个直流输出块与压控振荡器输入端相连接，另一个直流输出块接地；所述热电偶由金属热偶臂和半导体热偶臂组成。

所述压控振荡器的输出端与频率计输入端相连。

功合器固支梁与下方的共面波导传输线构成补偿电容，该补偿电容的设计可以实现电路阻抗匹配的同时缩小功分器的尺寸，使整个相位检测器的集成度更高。一号输入信号与二号输入信号通过功合器，经间接热电式功率传感器检测，得到一个与一号输入信号与二号输入信号的相位差成比例的电压，该电压加到压控振荡器的输入端，可使压控振荡器产生一定振荡频率的信号,压控振荡器的输出频率可以由频率计检测出来。由于压控振荡器输出频率值与间接热电式功率传感器的输出电压有一定的函数关系，且此输出电压是关于一号输入信号与二号输入信号之间相位差的函数关系式，故检测出的压控振荡器输出频率值可以反推算出一号输入信号与二号输入信号的相位差。

更进一步的，所述共面波导传输线（3）和固支梁（12）之间设有氮化硅介质层（11），所述氮化硅介质层（11）覆盖在共面波导传输线（3）上，使功合器固支梁与下方的共面波导传输线构成补偿电容。

本发明还提出一种基于微机械间接热电式功率传感器的相位检测器的制备方法，包含如下步骤：

（1）制作砷化镓衬底：选用外延的半绝缘砷化镓衬底，其中外延N^＋砷化镓的掺杂浓度为10¹⁸cm^-3，其方块电阻值为100～130Ω/□；

（2）光刻并隔离外延的N^＋砷化镓，形成热电堆的半导体热偶臂的图形和欧姆接触区；