[发明专利]硅基悬臂梁耦合间接加热式毫米波信号检测仪器

说明书

本发明的硅基悬臂梁耦合间接加热式毫米波信号检测仪器是由传感器、模数转换和液晶显示三大模块组成，传感器模块是由悬臂梁耦合结构、功率分配/合成器、间接加热式微波功率传感器和开关构成，衬底材料为高阻Si，功率通过输入端口对应的CPW信号线终端的间接加热式微波功率传感器进行检测；频率检测通过利用间接加热式微波功率传感器测量两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号的合成功率实现；相位检测通过将两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号，分别同两路等分后的参考信号合成，同样利用间接加热式微波功率传感器检测合成功率，从而获得待测信号的相位。模数转换由MCS51单片机实现，液晶显示部分由三块液晶显示屏构成。

技术领域

本发明提出了一种硅基悬臂梁耦合间接加热式毫米波信号检测仪器，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

毫米波属于较高频段的微波，在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临床医学和波谱学方面都有重大的意义。作为微波信号的三大基本参数，功率、频率和相位的检测在毫米波系统中扮演者重要角色。基于不断发展和成熟的MEMS技术，很多电子元件和机械元件都成功实现了小型化，同时性能上也不亚于传统元件，对于微波信号检测器也不例外。然而，目前现有的微波信号检测器，包括功率检测器、频率检测器和相位检测器，都是相对独立的器件，而在微波系统中需要同时测量功率、相位和频率的场合，独立器件所占的电路尺寸较大，同时存在着电磁兼容问题，所以研究毫米波信号集成检测系统成为未来发展的趋势。同时，通过模数转换和液晶显示环节对测得的微波参量进行显示输出，得到一个完整的微波信号检测仪器，具有较高的实际应用价值。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种硅基悬臂梁耦合间接加热式毫米波信号检测仪器，传感器部分实现毫米波信号的功率、频率和相位的测量，由单片机实现数模转换，最后显示在显示屏上，该仪器具有多功能和结构简单的优点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种硅基悬臂梁耦合间接加热式毫米波信号检测仪器，该信号检测仪器包括传感器、单片机和液晶显示屏三个部分；传感器由悬臂梁耦合结构、功率合成器/分配器、间接加热式微波功率传感器和开关构成；其中，悬臂梁耦合结构上下、左右对称，由CPW中央信号线、传输线地线、悬臂梁、悬臂梁锚区构成，悬臂梁置于CPW中央信号线的上方，在悬臂梁的下方有一层Si₃N₄介电层覆盖中央信号线；待测信号由悬臂梁耦合结构的第一端口输入，第二端口接第一间接加热式微波功率传感器；上方两个悬臂梁耦合的信号由第三端口和第四端口输出，第三端口与第一开关的第七端口相连，第四端口与第二开关的第十端口相连，第一开关的第八端口与第二间接加热式微波功率传感器相连，第九端口与第一功率合成器的第十三端口相连，第二开关的第十一端口与第三间接加热式微波功率传感器相连，第十二端口与第一功率合成器的第十四端口相连，最后，第一功率合成器的第十五端口接第四间接加热式微波功率传感器；下方两个悬臂梁耦合的信号由第五端口和第六端口输出，第五端口与第二功率合成器的第十九端口相连，第六端口与第三功率合成器的第二十二端口相连，待测信号从功率分配器的第十六端口输入，功率分配器的第十七端口与第二功率合成器的第二十端口相连，第十八端口与第三功率合成器的第二十三端口相连，第二功率合成器的第二十一端口接第五间接加热式微波功率传感器，第三功率合成器的第二十四端口接第六间接加热式微波功率传感器；所有微波功率传感器的输出端都连接到MCS51 单片机。

间接加热式微波功率传感器由CPW中央信号线、传输线地线、终端电阻、P型半导体臂、N型半导体臂、热电堆金属互连线、输出Pad构成，用于检测微波信号的功率大小，在终端电阻和热电堆热端下方的Si衬底被刻蚀，用于增大传感器的灵敏度。

数模转换是将传感器输出的功率直接转换成数字信号，这个部分主要是由MCS51单片机实现。液晶显示部分是将模数转换部分所得到的数字信号直接进行显示输出，得出待测信号的频率、相位和功率的读数。

有益效果：