MEMS微波频率检测器的研究

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1、摘要随着MEMS技术的不断发展，RFMEMS器件的研究成为行业研究的热点和行业发展的关键。由于其性能的优越性，促使RFMEMS的应用范围越来越广，其中雷达通信领域的广泛应用大大加速了其发展速度。微波频率作为微波信号的最基本参数，一直是微波领域各种研究的基础。微波频率检测方法的研究也制约着微波信号检测方法的改进，影响到微波器件的进一步应用。目前已有的微波频率检测方法，主要分为以下几类：外差法、计数法、谐振法和比相法四种。其中比相法由于其宽频带、易于集成、结构简单和易使用MEMS技术实现等特点，相对于其它方法有较大的优越性。所以本文利用比相

2、法的原理设计一种基于MEMS的微波频率检测器。本文针对这种宽频带、可测未知连续信号、小体积和大测量范围的微波频率检测器进行了研究，主要内容包括：(1)提出了一种基于MEMS的x波段微波频率检测器。将未知信号功分为三条支路，利用支路间的比对和相位差，通过将微波频率检测转化为相位差检测，对相位差采用微波功率传感器进行测量最终实现微波频率的测量。(2)这种频率检测器结构包括了一种改进设计的一分三功分器、传输延迟线结构、二合一功合器和两种微波功率传感器。这两种功率传感器采用MEMS电容式传感器和热电式功率传感器实现，分别测量大功率信号和小功率信

3、号，这种设计扩大了整个微波频率器的测量范围。三支路的设计结构也克服了以前方案不能测量功率未知信号的不足。(3)微波频率检测器中的每一个结构模块的性能，都将会对频率检测的性能造成影响，所以本文重点研究和模拟设计了每一个模块，使其具有宽频带、小的回波损耗和插入损耗。(4)对已流片的两支路微波频率检测器进行了测量并分析了产生误差的原因。在8—12GHz频域内，实验中对功率为17dBm信号采用MEMS电容式传感器进行检测，精度为5．6"105GHz．gF"1；对10dBm的信号采用热电式功率传感器进行检测，其精度为6．7"10一GHz·口V1。

4、实验结果验证了该微波频率检测器设计的有效性。(5)在结构设计、模拟和测试的基础上，利用GaAsMMIC工艺对在MEMS微波信号频率检测器进行了工艺及版图设计，在设计过程中主要是对材料、芯片面积等因素进行了考虑。目前采用MEMS实现的微波频率检测器很少，所以本文的设计将对微波频率的进一步设计提供了参考，促进了RFMEMS传感器的发展。关键词：MEMS，微波频率检测器，一分三功分器，功率测量，频率测量，GaAsMMIC工艺AbstractWiththedevelopmentofMEMStechnology,thestudyofRFMEMSd

5、evicesisbecomingthehotspotandthekeyforthedevelopmentoftheindustry．Thosedevicesofsuperiorcapabilityhavebeenwidelyusedinvariousfields，especiallyinradarcommunicationsystem．Frequencyistheelementaryparameterofthemicrowavesignals，andthedevelopmentofthefrequencymeasurementisthe

6、foundationofthemicrowavestudyandapplication．Theimprovementofthemicrowavemeasurementswillacceleratethefilrtherdevelopmentofmicrowavetechnology．Theexistingprinciplesformeasuringmicrowavefrequencyarebasedonheterodynemethod，countingmethod，resonancemethodandphasecomparisonmet

7、hod．Asthecharacteristicsofthephasecomparisonmethodhaveseveraladvantagesoverotherprinciples，aMEMSmicrowavefrequencydetectorbasedonthephasecomparisonmethodispresentedinthispaper．Thedesignedmicrowavefrequencydetectorhaspropertiesofwidefrequencyrange，detectingUl'lknowncontin

8、uoussignal．smallsizeandhighdynamicranges．Themainworkisdescribedasfollows：(1)Amicrowavefrequencydetector