[实用新型]基于微机械直接热电式功率传感器的倍频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于微机械直接热电式功率传感器的倍频器及其制备方法，属于微电子机械（MEMS）技术。

背景技术

随着微波技术的发展，微波倍频器广泛应用于通信、雷达、频率合成和测量等技术中，它在小功率高稳定的振荡器、频率综合器、锁相振荡器和毫微秒脉冲产生器等技术中也得到了广泛的应用。倍频器是指能够将输入信号的频率倍增输出的器件，使用倍频器来进行频率合成有稳定度高、噪声低、结构简单、体积小和易于集成的优点。随着单片微波集成电路技术的使用和不断完善，倍频器的发展也在向前大步迈进，倍频器当前的重点研究方向是如何提高工作效率、提高倍频效率、减少功耗、降低变频损耗、减小芯片面积。随着MEMS技术的发展，以及现如今对于MEMS直接热电式微波功率传感器研究的不断深入，使利用MEMS技术实现基于微机械直接热电式功率传感器的倍频器成为可能。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于微机械直接热电式功率传感器的倍频器及其制备方法，直接将鉴相器和低通滤波器两个模块简化为一个由MEMS功合器和MEMS直接热电式微波功率传感器构成的模块，以提高倍频器的集成度。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

基于微机械直接热电式功率传感器的倍频器，包括衬底、设置在衬底上的地线、MEMS功合器、共面波导（CPW）传输线、两组MEMS固支梁结构和MEMS直接热电式微波功率传感器、以及外接的压控振荡器和除法器，在衬底上定义一条对称轴线；

所述地线形成沿对称轴线对称的结构，包括对称位于对称轴线两侧且不相接触的两段侧边地线、以及对称位于对称轴线上的一段公共地线；

所述MEMS功合器形成沿对称轴线对称的结构，包括对称位于对称轴线两侧的两段不对称共面带线（ACPS）和隔离电阻，所述两段不对称共面带线的输入端通过隔离电阻隔离、输出端相连接；

所述共面波导传输线形成沿对称轴线对称的结构，包括位于对称轴线两侧且不相连接的两段输入共面波导传输线、以及对称位于对称轴线上的一段输出共面波导传输线；所述两段输入共面波导传输线分别与两段不对称共面带线的输入端相连接，分别作为参考信号输入端口和反馈信号输入端口；所述两段不对称共面带线的输出端相连接后接入输出共面波导传输线，作为信号输出端口；

所述两组MEMS固支梁结构分别设置在对称轴线的两侧且相对对称轴线对称，所述MEMS固支梁结构包括MEMS固支梁和锚区，所述MEMS固支梁跨接在位于同一侧的输入共面波导传输线的上方、两端分别通过锚区固定在位于同一侧的侧边地线和公共地线上；所述MEMS固支梁和位于其下方的输入共面波导传输线构成补偿电容；

所述MEMS直接热电式微波功率传感器包括两组氮化钽电阻、半导体热电偶臂和直流输出块，所述信号输出端口分成两路分别通过一组氮化钽电阻和半导体热电偶臂与两段侧边地线相连接，其中一段侧边地线通过一个直流输出块接入压控振荡器，另一段侧边地线通过另一个直流输出块接地；所述两组氮化钽电阻和半导体热电偶臂形成串联结构；

所述压控振荡器的输出信号接入除法器后产生的分频信号接入反馈信号输入端口。

优选的，所述输入共面波导传输线上位于MEMS固支梁下方的部分表面覆盖有氮化硅介质层。

优选的，其中一个直流输出块和侧边地线之间的连接线的两层金属之间有氮化硅介质层。

优选的，所述MEMS直接热电式微波功率传感器基于Seebeck原理对MEMS功合器输出的合成微波信号的功率进行检测，并在直流输出块上以直流电压的形式输出测量结果。

所述衬底为砷化镓衬底。

上述倍频器中，CPW传输线用于实现微波信号的传输。MEMS固支梁和位于其下方的输入共面波导传输线构成补偿电容，该补偿电容的设计可以在实现电路阻抗匹配的同时缩小MEMS功合器的尺寸，使得整个倍频器的集成度更高。MEMS功合器用于将输入的两路信号（参考信号和反馈信号）进行矢量合成，然后由MEMS直接热电式微波功率传感器检测合成后的微波信号的功率，最后输出直流电压；输出的直流电压直接接入到压控振荡器的输入端，由压控振荡器产生输出信号；压控振荡器产生的输出信号经过除法器后接入反馈信号端，形成负反馈控制系统，从而实现基于微机械直接热电式功率传感器的倍频器。通过该倍频器可以实现输出信号相对于参考信号的频率倍频输出的功能。

一种基于微机械直接热电式功率传感器的倍频器的制备方法，包括如下步骤：