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《MEMS在線式微波功率傳感器的設(shè)計(jì)、制備與表征》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、摘要摘要隨著通信技術(shù)的發(fā)展，微波功率計(jì)被廣泛用于測量微波發(fā)射機(jī)胺收機(jī)的輸出／輸入功率、信號源的輸出電平以及接收機(jī)本地振蕩器的電平、天線系統(tǒng)輻射的功率、振蕩器的輸出功率、交流信號電壓的均方根值以及標(biāo)準(zhǔn)交直流、毫瓦計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器的校準(zhǔn)等，在國防、通訊、科研等領(lǐng)域有著廣泛的用途。目前測量微波功率的技術(shù)是基于熱敏電阻、熱電偶和二極管的方法，這些方法是將待測的微波功率完全消耗加以測量，因此使得微波信號經(jīng)過測量之后無法再利用。最近，國外提出了兩種基于MEMS技術(shù)的微波功率傳感器結(jié)構(gòu)，它們的微波信號在測量過后仍可利用。第一種結(jié)構(gòu)是利用熱電堆測量共面波導(dǎo)上損耗的微波功
2、率，第二種結(jié)構(gòu)是利用電容變化測量微波功率。但兩種結(jié)構(gòu)均存在著微波性能與靈敏度之間的矛盾。本文針對高靈敏度、寬頻率范圍、低的插入損耗和反射系數(shù)、高線性度并可以轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的在線式微波功率傳感器進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容包括：(1)提出了一種可以實(shí)現(xiàn)功率監(jiān)測、增益控制和電路保護(hù)的新型在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)，它將微波性能與靈敏度性能分開設(shè)計(jì)，因此解決了兩者之間的矛盾．該新型的在線式微波功率傳感器通過電容耦合出一小部分微波功率，再將這部分微波功率吸收并轉(zhuǎn)化為熱量，利用熱電堆探測溫度變化實(shí)現(xiàn)微波功率的測量。(2)為了改善功率傳感器的微波性能、減小功率傳感器耦合度隨頻率的
3、變化并實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，提出了阻抗匹配結(jié)構(gòu)、補(bǔ)償電容結(jié)構(gòu)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)．(3)建立了在線式微波功率傳感器的微波模型、熱學(xué)模型和靜力學(xué)模型。微波模型分析了加入上述改進(jìn)結(jié)構(gòu)對微波性能的改善；熱學(xué)模型通過分析各種結(jié)構(gòu)參數(shù)對溫度分布的影響，得出了溫度分布隨這些結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的規(guī)律；靜力學(xué)模型分析了靜電力與耦合電容之間的關(guān)系、MEMS膜的自執(zhí)行效應(yīng)以及閾值電壓與膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系．利用有限元分析軟件HFSS和Amys模擬了上述各種結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了三種模型的正確性，并對改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。(4)開發(fā)了GaAsMMIC工藝的傳感器制備流程，研究了犧牲層的釋放、熱電堆
4、的制備等工藝，提出了一套基于GaAsMMIC工藝的在線式微波功率傳感器工藝流程并設(shè)計(jì)了各種功率傳感器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)．(5)基于GaAsMMIC兼容工藝研制出在線式微波功率傳感器，通過對所制作的在線式微波功率傳感器的微波性能和靈敏度的測量，在8～12GHz頻域內(nèi)，功率傳感器的插入損耗小于O．45dB，反射系數(shù)小于-20dB．在10GHz中心頻率處的靈敏度大于30／zV／m礦，分辨率達(dá)到0．2mW。本文提出了具有多種改進(jìn)結(jié)構(gòu)的在線式微波功率傳感器，建立并分析了功率傳感器的各種模型，開發(fā)了功率傳感器的工藝制各流程．本文的工作不僅促進(jìn)了MEMS在線式微波功率傳感器的發(fā)
5、展，而且對研究GaAsMEMS微加工工藝提供了有益的經(jīng)驗(yàn)．該傳感器預(yù)期在許多個(gè)人通信或雷達(dá)系統(tǒng)中會(huì)得到應(yīng)用．關(guān)鍵詞：MEMS微波功率傳感器微波功率耦合器熱電堆GaAsMMIC工藝AbstractWiththedevelopmentofcommunications，apowermeterhasbeen麗delyusedinthefieldsofnationaldefense,communication。scientificresearchandso0n．neexistingtechnologyformeasuringmicrowavepowerisbased
6、onthermistors，thcrmocouplesanddiodes．Thesearetheterminatingdevices，andthesignalc蛆’tbeusedafterpowerdetection．Recently,twosensingprinciples‘ofinlinetypemicrowavepowersensorsbasedonMEMStechnologyhavebeenproposed,inwhichthemicrowavesingalisavailableafterthemeasurement．Thefirstprincip
7、leutilizesthethermopilestodetecttheohmiclossesoftheCPWline．Thesecondprincipleutilizesthecapacitancechangetodetectmicrowavepower．However,thetwoaboveprincipleshavetomakebalancebetweenthemicrowavepropertiesandthesensitivity．Inordertodesigntheinlinetypemicrowavepower$cD圓orwithhighsens
8、itivity,誦defi'equenoyrange,lowins
