[发明专利]基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器及制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器及其制备方法，属于微电子机械（MEMS）技术。

背景技术

在微波技术研究中，作为表征信号的三大参数（幅度、频率和相位）之一的微波相位是微波信号的一个重要参数。微波信号相位检测器在相控阵雷达、天线、锁相环、相位测量设备等系统中有着广泛的应用。微波信号相位检测器的原理是将相位差转化为便于测量的电压、电流和频率信号，并由它们反映出相位差。目前实现微波相位检测的方法主要有二极管结构、乘法器结构及矢量运算法，矢量运算法与前面两种方法相比具有低功耗、频带宽、结构简单等优点。MEMS具有体积小、功耗低、成本低等优点，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的深入研究，使利用MEMS技术实现基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器成为可能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器及其制备方法，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，以提高相位检测器的集成度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器，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频率计，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，分别作为第一信号输入端口和第二信号输入端口；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频率计。

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。

上述相位检测器中，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，使得整个相位检测器的集成度更高。MEMS功合器用于将输入的两路信号（第一信号和第二信号）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接入频率计，然后由所测得的频率可以推算出第一信号和第二信号之间的相位差，从而实现基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器。

一种基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器的制备方法，包括如下步骤：