[发明专利]具有在线自检测功能的对称型MEMS定向微波功率耦合器

说明书

本发明的具有在线自检测功能的对称型MEMS定向微波功率耦合器通过将两段ACPS传输线的信号线对称分布于主传输线的上下两侧，且每段ACPS传输线的长度为四分之一波长，构成对称型定向耦合器，利用对称型定向耦合器将入射微波功率分别耦合到耦合端端口三、五，使其具有两个耦合端的输出微波功率，从而实现了双端口耦合输出；在对称型定向耦合器的CPW传输线与ACPS传输线的四个连接节点处各放置一个电容式MEMS微波功率传感器，利用电容式MEMS微波功率传感器测量出两支路各端口传输的微波功率，实现了在线自检测功能；此外，其采用全无源结构具有零直流功耗以及与砷化镓单片微波集成电路工艺兼容等特点。

技术领域

本发明涉及具有在线自检测功能的对称型MEMS定向微波功率耦合器，尤其涉及一种基于MEMS（Micro-Electro-Mechanical-System，微机电系统）技术的对称型MEMS定向微波功率耦合器。

背景技术

微波功率耦合器是用于微波功率定向分配或功率组合的无源器件。通常情况下，采用定向耦合器将微波系统中传输的微波功率耦合出一部分。定向微波功率耦合器是一种具有方向性的四端口的微波功率耦合器件，其包含主传输线（主线）和副传输线（副线）两部分，主副线之间通过耦合机构，如缝隙、孔和耦合线段等，把主线功率的一部分耦合到副线中去。目前，传统的定向微波功率耦合器是由波导、同轴线或微带线等构成的，它们具有低的损耗、高的隔离度和良好的方向性等优点。然而，这些定向微波功率耦合器均不能在线检测自身耦合端的输出功率。如果要检测被耦合输出的微波功率，需要在其耦合端额外连接一个微波功率传感器，然而在连接处容易出现失配情况从而造成测量不准确。并且，此时在耦合端处因连接了传感器导致耦合输出的微波功率不能被继续应用，因而这种方法并非在线检测。此外，在一些应用场合，要求定向微波功率耦合器能够同时具有两个耦合端口，从而实现双端口耦合输出微波功率。但传统的定向微波功率耦合器通常只有一个耦合端，需采用两个独立的定向微波功率耦合器才能实现双端口耦合输出微波功率，这造成了较大的结构面积。随着微波集成电路的发展，现代个人通信系统和雷达系统不仅要求微波功率耦合器在功率耦合过程时具有传统定向微波功率耦合器的低损耗、高隔离度和良好的方向性等优点，而且要求微波功率耦合器具有在线检测、双端口耦合输出和微型化的特点。近年来，随着MEMS技术的快速发展，并对MEMS固支梁结构进行了深入的研究，使基于MEMS技术实现上述功能的对称型MEMS定向微波功率耦合器成为可能。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统定向微波功率耦合器不能实现在线检测耦合端的微波功率且因仅有一个耦合端输出不能实现双端口耦合输出微波功率的问题，提供一种具有在线自检测功能的对称型MEMS定向微波功率耦合器

为了达到上述目的，本发明采用的方法是：一种具有在线自检测功能的对称型MEMS定向微波功率耦合器，采用砷化镓（GaAs）为衬底，在GaAs衬底上设有CPW传输线、ACPS传输线、对称型定向耦合器和四个相同的电容式MEMS微波功率传感器：

CPW传输线水平放置在GaAs衬底上，作为MEMS定向微波功率耦合器的输入和输出端口；耦合端口和隔离端口处的CPW传输线，用于实现副传输线上的微波信号的传输。其中左侧的输入端口为端口一，右侧的输出端口为端口二，上方左侧的耦合端口为端口三，上方右侧的隔离端口为端口四，下方左侧的耦合端口为端口五，下方右侧的隔离端口为端口六。CPW传输线由一条信号线和两条地线组成，其中地线位于信号线的两侧。为了实现端口与外界的阻抗匹配，CPW传输线的端口特征阻抗通常设计为50Ω。

两段ACPS传输线放置在GaAs衬底上，每段ACPS传输线由一条信号线和一条地线组成，其中ACPS传输线的信号线作为MEMS定向微波功率耦合器中对称型定向耦合器的副传输线。两段ACPS传输线的信号线对称地位于对称型定向耦合器中主传输线的上下两侧，其长度均为四分之一波长。在对称型定向耦合器中，每段副传输线两端分别为耦合端和隔离端，其中靠近输入端的为耦合端而靠近输出端的为隔离端。为了实现与CPW传输线连接的阻抗匹配，ACPS传输线的特征阻抗设计为50Ω。