专利名称：基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明属于微电子机械系统MEMS技术领域，为一种基于固支梁和直接式功率传感器的在线式微波频率检测器及其检测方法。
背景技术：
在微波技术研究中，微波功率和频率是表征微波信号特征的两个重要参数。对这两个参数的检测已成为电磁测量的重要组成部分。微波信号频率和功率的检测器在军事、个人通信和科学研究等方面都有非常广泛的应用。现有的微波频率检测技术主要基于外差法、计数法、谐振法和比相法，微波功率检测技术主要基于二极管、热电偶和热敏电阻的方法。尽管这些检测技术已经形成，但是其缺点在于无法系统集成频率检测与功率检测。随着科学技术的不断发展，现代个人通信系统和雷达系统要求越来越高:微型化，结构简单化以及在线式的微波频率检测器已成为一种趋势。近年来，随着MEMS技术的快速发展以及对MEMS固支梁结构和MEMS直接式微波功率传感器研究的不断深入，使基于固支梁和直接式功率传感器的微波频率和功率检测的系统集成成为可能。

发明内容
本发明要解决的问题是:现有的微波信号检测无法系统集成频率检测与功率检测，用户需要简单的结构，较小的体积以及可在线检测的微波频率、功率检测器。本发明的技术方案为:基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统，所述微波检测系统包括MEMS可重构天线、MEMS可调滤波器、控制电路和微波检测器，MEMS可重构天线接收微波信号，经MEMS可调滤波器后，得到待测微波信号输入微波检测器，控制电路分别连接MEMS可重构天线和MEMS可调滤波器，所述微波检测器在GaAs衬底上设有待测信号传输线、两个结构完全相同的MEMS固支梁结构、一个功合器以及四个结构完全相同的MEMS直接式微波功率传感器，待测信号传输线为CPW传输线，所述CPW传输线由信号线和地线构成，待测微波信号通过待测信号传输线输入一个MEMS直接式微波功率传感器,两个MEMS固支梁结构悬于待测信号传输线的信号线上方，两个MEMS固支梁结构的固支梁一端分别连接一个MEMS直接式微波功率传感器，另一端分别连接至功合器，功合器的输出端连接一个MEMS直接式微波功率传感器。作为优选，微波检测器的两个MEMS固支梁结构之间的距离L为中心频率点所对应波长的1/4，所述中心频率点指所述微波检测器的频率检测范围的中心频率点。微波检测器的MEMS固支梁结构与功合器以及MEMS直接式微波功率传感器之间通过CPW传输线连接，功合器与MEMS直接式微波功率传感器之间通过CPW传输线连接；固支梁结构包括固支梁和锚区，固支梁与下方的待测信号传输线的信号线之间设有绝缘介质层。微波检测器的功合器包括不对称共面带线ACPS信号线、地线和隔离电阻，功合器的输入端和输出端之间为不对称共面带线ACPS信号线，隔离电阻设置在两个输入端之间。一种上述基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统的检测方法，由MEMS可重构天线接收微波信号，经过MEMS可调滤波器之后得到待测微波信号，输入微波检测器中；在微波检测器中，待测微波信号经过待测信号传输线，传输到位于待测信号传输线末端的MEMS直接式微波功率传感器，检测出待测微波信号的功率P ;待测微波信号从待测信号传输线中经过时，两个MEMS固支梁结构在线耦合出一对幅度相等、存在一定相位差的微波信号，每个微波信号分为两路，一路输入功合器进行矢量合成，另一路输入MEMS直接式微波功率传感器，测量由两个MEMS固支梁结构各自耦合出的微波信号功率Pp P2 ;两个MEMS固支梁结构距离L确定时，耦合出的两个微波信号存在一个与待测微波信号频率成正比的相位差炉，功合器的合成信号的功率P3与该相位差炉存在一个余弦函数的关系:
权利要求
1.基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统，其特征是所述微波检测系统包括MEMS可重构天线、MEMS可调滤波器、控制电路和微波检测器，MEMS可重构天线接收微波信号，经MEMS可调滤波器后，得到待测微波信号输入微波检测器，控制电路分别连接MEMS可重构天线和MEMS可调滤波器。
所述微波检测器在GaAs衬底上设有待测信号传输线、两个结构完全相同的MEMS固支梁结构、一个功合器以及四个结构完全相同的MEMS直接式微波功率传感器,待测信号传输线为CPW传输线，所述CPW传输线由信号线和地线构成，待测微波信号通过待测信号传输线输入一个MEMS直接式微波功率传感器,两个MEMS固支梁结构悬于待测信号传输线的信号线上方，两个MEMS固支梁结构的固支梁一端分别连接一个MEMS直接式微波功率传感器，另一端分别连接至功合器，功合器的输出端连接一个MEMS直接式微波功率传感器。
2.根据权利要求1所述的基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统，其特征是微波检测器的两个MEMS固支梁结构之间的距离L为中心频率点所对应波长的1/4，所述中心频率点指所述微波检测器的频率检测范围的中心频率点。
3.根据权利要求1或2所述的基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统，其特征是微波检测器的MEMS固支梁结构与功合器以及MEMS直接式微波功率传感器之间通过CPff传输线连接，功合器与ME MS直接式微波功率传感器之间通过CPW传输线连接；固支梁结构包括固支梁和锚区，固支梁与下方的待测信号传输线的信号线之间设有绝缘介质层。
4.根据权利要求1或2所述的基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统，其特征是微波检测器的功合器包括不对称共面带线ACPS信号线、地线和隔离电阻，功合器的输入端和输出端之间为不对称共面带线ACPS信号线，隔离电阻设置在两个输入端之间。
5.根据权利要求3所述的基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统，其特征是微波检测器的功合器包括不对称共面带线ACPS信号线、地线和隔离电阻，功合器的输入端和输出端之间为不对称共面带线ACPS信号线，隔离电阻设置在两个输入端之间。
6.一种权利要求1 一 5任一项所述的基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统的检测方法，其特征是由MEMS可重构天线接收微波信号，经过MEMS可调滤波器之后得到待测微波信号，输入微波检测器中；在微波检测器中，待测微波信号经过待测信号传输线，传输到位于待测信号传输线末端的MEMS直接式微波功率传感器,检测出待测微波信号的功率P ;待测微波信号从待测信号传输线中经过时，两个MEMS固支梁结构在线耦合出一对幅度相等、存在一定相位差的微波信号，每个微波信号分为两路，一路输入功合器进行矢量合成，另一路输入MEMS直接式微波功率传感器，测量由两个MEMS固支梁结构各自耦合出的微波信号功率PpP2 ;两个MEMS固支梁结构距离L确定时，耦合出的两个微波信号存在一个与待测微波信号频率成正比的相位差功合器的合成信号的功率P3与该相位差炉存在一个余弦函数的关系: 四个MEMS直接式微波功率传感器基于Seebeck原理检测待测微波信号的功率P、MEMS固支梁耦合出的微波信号的功率Pp P2以及功合器合成信号的功率P3的大小，并以直流电压形式V、V1, V2和V3输出测量结果，基于式(I )，待测微波信号的频率为:
7.根据权利要求6所述的基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统的检测方法，其特征是通过控制电路改变MEMS可重构天线和MEMS可调滤波器中驱动电极上的电压，从而调整MEMS可重构天线和MEMS可调滤波器的中心频率，以实现某一特定频率情况下的微波信号频率和功率的检测 。
全文摘要
基于固支梁和直接式功率传感器的微波检测系统及其检测方法，检测系统包括MEMS可重构天线、MEMS可调滤波器、控制电路和微波检测器，微波检测器制备在GaAs衬底上，包括共面波导CPW传输线、两个结构完全相同的MEMS固支梁结构、功合器以及四个结构完全相同的MEMS直接式微波功率传感器。本发明的基于固支梁和直接式功率传感器的微波频率和功率检测系统不但具有结构新颖，尺寸较小的优点，而且可以实现微波信号频率和功率检测的集成，与GaAs单片微波集成电路兼容。
文档编号G01R23/02GK103116070SQ20131002730
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者廖小平, 易真翔, 吴昊 申请人:东南大学