MEMS微波信號(hào)無(wú)線接收及檢測(cè)的研究.pdf

1、微波功率是表征微波信號(hào)特征最重要的參數(shù)之一。微波功率的檢測(cè)在信號(hào)源輸出電平及振蕩器輸出功率的測(cè)量、微波發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的輸入/輸出功率水平的監(jiān)視、增益控制、電路保護(hù)、交通控制等都有十分廣泛的應(yīng)用。基于Seebeck效應(yīng)即熱電轉(zhuǎn)換原理的微波功率傳感器，具有快速響應(yīng)、高靈敏度、寬頻帶等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究。論文首先對(duì)一種基于MEMS技術(shù)，與GaAs MMIC工藝相兼容的終端式微波功率傳感器進(jìn)行了分析，建模與驗(yàn)證。接著，對(duì)微波信號(hào)的無(wú)線接收進(jìn)行

2、了研究。微波信號(hào)的無(wú)線接收是通過(guò)天線來(lái)完成的，隨著現(xiàn)代無(wú)線通信的快速發(fā)展，如3G、4G、WiMax、WLAN、UWB、Bluetooth和Zigbee等的出現(xiàn)，單一服務(wù)的通信系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代通信的需求，希望天線根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境實(shí)時(shí)改變其電特性，即實(shí)現(xiàn)天線的電特性“可重構(gòu)”。論文設(shè)計(jì)了一種頻率可重構(gòu)天線，并對(duì)天線進(jìn)行了仿真和優(yōu)化。論文最后在終端式功率傳感器和頻率可重構(gòu)天線的基礎(chǔ)上，提出了一種無(wú)線接收式微波檢測(cè)系統(tǒng)的初步結(jié)構(gòu)。
　

3、　本文在前兩章中介紹了微電子機(jī)械系統(tǒng)以及射頻微電子機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，并對(duì)目前已有的微波功率測(cè)暈方法進(jìn)行了總結(jié)和分類，接著簡(jiǎn)單介紹了微波傳輸特性，seebeck效應(yīng)和熱傳遞等基本原理，為后續(xù)微波損耗模型以及傳熱模型的建立奠定了理論基礎(chǔ)。
　　第三章首先對(duì)微波功率傳感器的熱轉(zhuǎn)移行為進(jìn)行了研究，建立了傳感器的靈敏度模型。基于傅里葉方程，重點(diǎn)分析了微波功率傳感器靈敏度與熱電堆長(zhǎng)度之間的關(guān)系。對(duì)傳感器芯片進(jìn)行了流水測(cè)試，測(cè)試頻率為1

4、0GHz，輸入功率為1～100mW，傳感器具有良好的匹配特性和較高的線性度；熱電偶的長(zhǎng)度為40，70和100μm時(shí)，模型計(jì)算理論值為0.12，0.20和0.29mV/mW，與此對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果分別為0.10，0.22和0.30mV/mW，其誤差小于0.02 mV/mW。接著，對(duì)傳感器終端電阻與熱電偶的間距進(jìn)行了分析和討論，以此獲得良好的阻抗匹配和較高的靈敏度特性。傳感器靈敏度值隨著間距增大而減小，而阻抗匹配特性隨著間距先增大再減小。對(duì)靈敏

5、度與阻抗匹配特性折衷考慮，得出一個(gè)較優(yōu)化值，間距為10μm。最后，對(duì)該傳感器提出了兩種簡(jiǎn)單的封裝結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了測(cè)試，一種沒有介質(zhì)層-封裝A，一種具有介質(zhì)層-封裝B。測(cè)試結(jié)果表明傳感器封裝前后均具有良好線性度，裸片、封裝A和封裝B，在X波段(8-12GHz)的頻率損耗分別為0.016(10％)，0.059(32％)和0.029(15％)mV/mW，封裝B優(yōu)越于封裝A。
　　第四章闡述了天線的基本參數(shù)和頻率可重構(gòu)天線的基本原理，介紹了天

6、線的求解方法與微型化途徑。提出了一種新型的頻率可重構(gòu)共面天線結(jié)構(gòu)，并對(duì)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真和優(yōu)化，天線采用三根懸臂梁進(jìn)行控制，通過(guò)直流電壓的下拉，中心頻率可以在不同頻率段實(shí)時(shí)切換。天線全up態(tài)111與全down態(tài)000模式下的中心頻率分別為10GHz和9.75GHz，對(duì)應(yīng)的帶寬分別為9.62GHz～10.06GHz和9.72GHz～10.22GHz，天線完成了最大頻率幅度變化為0.25GHz的可重構(gòu)，通過(guò)對(duì)懸臂梁的選擇性下拉，可以獲得9.