MEMS正交雙通道微波相位檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制備和測(cè)試.pdf

1、在微波技術(shù)領(lǐng)域中，微波相位是表征微波信號(hào)的一個(gè)重要參數(shù)。隨著相控陣?yán)走_(dá)、鎖相環(huán)、天線(xiàn)、測(cè)相儀等系統(tǒng)的發(fā)展，微波相位檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用也變得越來(lái)越廣泛。微波相位檢測(cè)的原理主要有二極管結(jié)構(gòu)、吉爾伯特乘法器結(jié)構(gòu)及矢量合成法。矢量合成法與前兩種方法比，具有低直流功耗、寬工作頻帶和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但其測(cè)相范圍僅為0～180°。在矢量合成法的基礎(chǔ)上，本文對(duì)單通道微波相位檢測(cè)器基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相位檢測(cè)研究和封裝研究?；趩瓮ǖ牢⒉ㄏ辔粰z測(cè)器，本文對(duì)由功分器

2、、45°移相器和MEMS微波功率傳感器組成的雙通道對(duì)稱(chēng)式微波相位檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試，它的相位測(cè)量范圍達(dá)到了-180°～180°。
　　本文完成了基于MEMS功率傳感技術(shù)的單片微波相位集成檢測(cè)系統(tǒng)的模擬、設(shè)計(jì)、制備、封裝和測(cè)試等工作，最終建立了一套完整的基于MEMS功率傳感技術(shù)的單片微波相位集成檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和實(shí)現(xiàn)方法，主要內(nèi)容包括:
　　(1)設(shè)計(jì)了一種適用于雙通道對(duì)稱(chēng)式微波相位檢測(cè)系統(tǒng)的微型功分器。利用微波

3、仿真軟件HFSS對(duì)傳統(tǒng)Wilkinson功分器進(jìn)行了仿真，對(duì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化提供了依據(jù)，其結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到3066μm。基于傳輸線(xiàn)并聯(lián)電容負(fù)載的方法，縮短了功分器兩臂的長(zhǎng)度，并使用HFSS軟件對(duì)微型功分器進(jìn)行了優(yōu)化。功分器微型化后的長(zhǎng)度縮短為2086μm。對(duì)制備的微型功分器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試，輸入端口回波損耗S11小于-16dB，輸出端口回波損耗S22小于-12.5dB，插入損耗小于3.8dB;
　　(2)制備并測(cè)試了對(duì)熱電式微波功率傳感

4、器優(yōu)化的單通道微波相位檢測(cè)器，并對(duì)其進(jìn)行了相位檢測(cè)研究和封裝研究。整個(gè)器件由無(wú)源元件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了零直流功耗。對(duì)制備的相位檢測(cè)器進(jìn)行了10GHz相位測(cè)試，歸一化熱電勢(shì)輸出與計(jì)算值相符，相位輸出線(xiàn)性區(qū)為45°到135°，23dBm、20dBm、17dBm、14dBm輸入功率下的靈敏度分別為58.57，27.86，14.52和7.22μV/degree。封裝結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果表明，封裝前S11小于-25dB;封裝后S11小于-10dB。封裝后的相位

5、測(cè)試表明，熱電勢(shì)輸出受到噪聲干擾，并導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng);
　　(3)設(shè)計(jì)、制備并測(cè)試了雙通道對(duì)稱(chēng)式微波相位檢測(cè)系統(tǒng)，相位測(cè)量范圍擴(kuò)展到-180°～180°。電容式和熱電式兩種微波功率傳感器的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了器件的抗燒毀水平;完全對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，提高了測(cè)量的精度。分別對(duì)MEMS電容式功率傳感器、雙通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并對(duì)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了整體仿真。對(duì)制備的MEMS電容式微波功率傳感器進(jìn)行了測(cè)試，S11小于-23dB，S21小于0.23

6、dB。雙通道對(duì)稱(chēng)式微波相位檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明，輸入端口S11小于-10.5dB，隔離度S21小于-13.8dB;10GHz處的相位測(cè)試驗(yàn)證了雙通道對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的原理，并將歸一化測(cè)試結(jié)果與單通道歸一化測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較;
　　(4)建立了功分器/功合器精確的S參數(shù)模型和雙通道相位檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)處理部分的S參數(shù)模型，初步分析了工藝和結(jié)構(gòu)可能造成的相移偏差對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響?；谖⑿凸裁婀Ψ制鞯陌鎴D，將靠近的ACPS結(jié)構(gòu)視為更準(zhǔn)確的耦合共

7、面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，利用奇偶模分析的方法建立了包含傳輸線(xiàn)損耗的功分器S參數(shù)模型。將雙通道對(duì)稱(chēng)式微波相位檢測(cè)系統(tǒng)的雙通道結(jié)構(gòu)分解為3個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò):子網(wǎng)絡(luò)A（功分器和移相器級(jí)聯(lián)）、子網(wǎng)絡(luò)B（子網(wǎng)絡(luò)A與功合器級(jí)聯(lián)）和子網(wǎng)絡(luò)C（兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)B級(jí)聯(lián)），建立了雙通道結(jié)構(gòu)的S參數(shù)模型。分析了工藝偏差、結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)性等造成相移偏差對(duì)雙通道結(jié)構(gòu)微波性能的影響，并利用梅森公式分析了輸入信號(hào)相位差和相移偏差兩者共同對(duì)歸一化輸出功率的影響。
　　這些具有自主知識(shí)產(chǎn)