MEMS正交雙通道微波相位檢測系統(tǒng)的設計、制備和測試.pdf

1、在微波技術領域中，微波相位是表征微波信號的一個重要參數(shù)。隨著相控陣雷達、鎖相環(huán)、天線、測相儀等系統(tǒng)的發(fā)展，微波相位檢測系統(tǒng)的應用也變得越來越廣泛。微波相位檢測的原理主要有二極管結構、吉爾伯特乘法器結構及矢量合成法。矢量合成法與前兩種方法比，具有低直流功耗、寬工作頻帶和結構簡單的優(yōu)點，但其測相范圍僅為0～180°。在矢量合成法的基礎上，本文對單通道微波相位檢測器基本結構進行了相位檢測研究和封裝研究?；趩瓮ǖ牢⒉ㄏ辔粰z測器，本文對由功分器

2、、45°移相器和MEMS微波功率傳感器組成的雙通道對稱式微波相位檢測系統(tǒng)進行了設計、仿真和測試，它的相位測量范圍達到了-180°～180°。
　　本文完成了基于MEMS功率傳感技術的單片微波相位集成檢測系統(tǒng)的模擬、設計、制備、封裝和測試等工作，最終建立了一套完整的基于MEMS功率傳感技術的單片微波相位集成檢測系統(tǒng)的設計理論和實現(xiàn)方法，主要內容包括:
　　(1)設計了一種適用于雙通道對稱式微波相位檢測系統(tǒng)的微型功分器。利用微波

3、仿真軟件HFSS對傳統(tǒng)Wilkinson功分器進行了仿真，對結構的改進和優(yōu)化提供了依據(jù)，其結構尺寸達到3066μm?；趥鬏斁€并聯(lián)電容負載的方法，縮短了功分器兩臂的長度，并使用HFSS軟件對微型功分器進行了優(yōu)化。功分器微型化后的長度縮短為2086μm。對制備的微型功分器結構進行了測試，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)制備并測試了對熱電式微波功率傳感

4、器優(yōu)化的單通道微波相位檢測器，并對其進行了相位檢測研究和封裝研究。整個器件由無源元件構成，實現(xiàn)了零直流功耗。對制備的相位檢測器進行了10GHz相位測試，歸一化熱電勢輸出與計算值相符，相位輸出線性區(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。封裝結構測試結果表明，封裝前S11小于-25dB;封裝后S11小于-10dB。封裝后的相位

5、測試表明，熱電勢輸出受到噪聲干擾，并導致了結構的不對稱;
　　(3)設計、制備并測試了雙通道對稱式微波相位檢測系統(tǒng)，相位測量范圍擴展到-180°～180°。電容式和熱電式兩種微波功率傳感器的級聯(lián)結構，提高了器件的抗燒毀水平;完全對稱的結構，提高了測量的精度。分別對MEMS電容式功率傳感器、雙通道結構進行了設計和仿真，并對級聯(lián)系統(tǒng)進行了整體仿真。對制備的MEMS電容式微波功率傳感器進行了測試，S11小于-23dB，S21小于0.23

6、dB。雙通道對稱式微波相位檢測系統(tǒng)的測試結果表明，輸入端口S11小于-10.5dB，隔離度S21小于-13.8dB;10GHz處的相位測試驗證了雙通道對稱結構的原理，并將歸一化測試結果與單通道歸一化測試結構進行了比較;
　　(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系統(tǒng)中信號處理部分的S參數(shù)模型，初步分析了工藝和結構可能造成的相移偏差對系統(tǒng)帶來的影響?；谖⑿凸裁婀Ψ制鞯陌鎴D，將靠近的ACPS結構視為更準確的耦合共

7、面波導結構，利用奇偶模分析的方法建立了包含傳輸線損耗的功分器S參數(shù)模型。將雙通道對稱式微波相位檢測系統(tǒng)的雙通道結構分解為3個層次的網(wǎng)絡:子網(wǎng)絡A（功分器和移相器級聯(lián)）、子網(wǎng)絡B（子網(wǎng)絡A與功合器級聯(lián)）和子網(wǎng)絡C（兩個子網(wǎng)絡B級聯(lián)），建立了雙通道結構的S參數(shù)模型。分析了工藝偏差、結構的不對稱性等造成相移偏差對雙通道結構微波性能的影響，并利用梅森公式分析了輸入信號相位差和相移偏差兩者共同對歸一化輸出功率的影響。
　　這些具有自主知識產(chǎn)