[发明专利]一种微波收发机中的自供电微机械传感器及模块

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，涉及一种微波收发机中的自供电微机械传感器及模块。

背景技术

在微波通信技术发展中，无线收发机的散热问题和能量消耗在任何微波研究中是必不可少的。现代通信系统发展要求无线收发机能够长时间高效率工作。常见的无线收发机的很大问题是散热性能和能量损耗。最常见的无线发射机是基于超外差式的无线发射机，主要由中频滤波器、本地振荡信号、混频器、镜像滤波器、微波功率放大器、天线等构成。该系统的缺点在于微波信号通过微波功率放大器时，不仅仅是进行功率放大，同时会消耗了大量能量，通过热量形式耗散，使得整个系统的温度上升，使得可靠性变低。最常见的无线接收机是基于超外差式的无线接收机，主要由微波滤波器、低噪声放大器、镜像抑制滤波器、混频器、本地振荡信号、中频滤波器、中频可变增益放大器、天线等构成。无线接收机的低噪声放大器需要直流电压偏置。微波收发机通过开关控制无线发射机、无线接收机的工作与否。随着MEMS技术发展，并对MEMS热电堆的seeback效应的研究，通过热电堆使得微波信号通过无线发射机的微波功率传感器所产生的热量转化为直流电压，通过将此直流电压对储能电容进行充电储能，通过稳压电路输出直流电压，对无线接收机的低噪声放大器提供直流偏置电压，使热量再利用成为可能，从而解决了无线发射机系统的微波功率放大器的散热问题和无线接收机的低噪声放大器的自供电问题。本发明即是基于以上技术。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种解决了无线发射机系统的微波功率放大器的散热问题和无线接收机的低噪声放大器自供电问题的微波收发机中的自供电微机械传感器。本发明还提供了一种采用上述传感器的微波收发机中的自供电模块，。

技术方案：本发明的微波收发机中的自供电微机械传感器，包括印刷电路板、设置在印刷电路板中心的微波功率放大器、设置于微波功率放大器外周的热电堆结构，热电堆结构包括依次串联的四个微机械热电堆，其中首尾两端的微机械热电堆分别连接一个压焊块，微机械热电堆与印刷电路板之间设置有砷化镓衬底。

本发明中，四个微机械热电堆成中心对称，设置在微波功率放大器的外周。

本发明还提供了一种微波收发机中的自供电模块，包括上述的微波收发机中的自供电微机械传感器、储能电容、稳压电路和低噪声放大器，微波收发机中的自供电微机械传感器的一个压焊块接地，另一个压焊块同时与储能电容的一端和稳压电路的输入端连接，储能电容的另一端接地，稳压电路的输出端与低噪声放大器的直流电压偏置端连接。

自供电微机械传感器在微波功率放大器的周围放置处于GaAs衬底上的MEMS热电堆，辅以储能电容和稳压电路，基于seeback效应实现微波信号通过微波功率放大器所产生热量到直流电压的转换，构成利用无线发射机所耗散的热量的形成的自供电直流电压，将利用热量产生的自供电直流稳定电压输出提供给低噪声放大器做直流偏置电压。

在无线发射机的微波功率放大器的工作过程中，会有大量的热量耗散，在无线收发机的印刷电路板上产生温度分布，形成温差。在微波功率放大器周围放置MEMS热电堆和储能电容，MEMS热电堆基于seeback效应，产生直流电压。将该直流电压加到储能电容上，可实现能量的储存。将产生的电压通过稳压电路，获得稳定的直流电压。在无线接收机工作时，将获得的稳定的直流电压提供低噪声放大器的直流偏置。因此，通过热量的再利用，有效地改善了无线收发机的能量消耗，不但可以改善发射机的散热性能，还可以提供直流偏置电压，提高了无线收发机系统的适用范围。

微波收发机中的自供电微机械传感器中的MEMS热电堆的制备方法：

1）准备砷化镓衬底：按照10¹⁸个/立方厘米的掺杂浓度，在半绝缘砷化镓衬底中，外延N⁺砷化镓，外延后的半绝缘砷化镓衬底中，方块电阻值为100～130Ω/□，其中单位为欧姆每方（方块电阻为导电材料单位厚度单位面积上的电阻值）；

2）在步骤1得到的砷化镓衬底上再次外延生长N⁺砷化镓，形成微机械热电堆的半导体热偶臂的图形和欧姆接触区；

3）在步骤2得到的半导体热偶臂的图形上，反刻N⁺砷化镓，形成掺杂浓度为10¹⁷个/立方厘米的半导体热偶臂；

4）在步骤3的基础上，涂光刻胶，并光刻：去除将要保留金锗镍/金地方的光刻胶；5）在步骤4得到的光刻结果的基础上，溅射金锗镍/金，作为热电堆金属臂，金锗镍/金的厚度为其中金锗镍与砷化镓形成欧姆接触；