[发明专利]基于硅基悬臂梁T型结直接加热式毫米波信号检测仪器

说明书

本发明的基于硅基悬臂梁耦合T型结直接加热式毫米波信号检测仪器是由传感器、模数转换和液晶显示三大模块组成，传感器模块是由悬臂梁耦合结构、T型结直接加热式微波功率传感器和开关构成，衬底材料为高阻Si，功率通过输入端口对应的CPW信号线终端的直接加热式微波功率传感器进行检测；频率检测通过利用直接加热式微波功率传感器测量两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号的合成功率实现；相位检测通过将两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号，分别同两路等分后的参考信号合成，同样利用直接加热式微波功率传感器检测合成功率，从而获得待测信号的相位。模数转换由MCS51单片机实现，液晶显示部分由三块液晶显示屏构成。

技术领域

本发明提出了一种基于硅基悬臂梁T型结直接加热式毫米波信号检测仪器，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

长为1～10毫米的电磁波称为毫米波，处于较高的微波频段，在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临床医学和波谱学方面都有着重要研究价值。功率、频率和相位作为微波信号的三大参数，其检测是电磁测量的重要组成部分，在微波技术的应用中发挥着十分关键的作用。基于不断发展和成熟的MEMS技术，很多电子元件和机械元件都成功实现了小型化，同时性能上也不亚于传统元件，对于微波信号检测器也不例外。然而，目前现有的微波信号检测器，包括功率检测器、频率检测器和相位检测器，都是相对独立的器件，而在微波系统中需要同时测量功率、相位和频率的场合，独立器件所占的电路尺寸较大，同时存在着电磁兼容问题，所以研究毫米波信号集成检测系统成为未来发展的趋势。此外，通过模数转换和液晶显示环节对测得的微波参量进行显示输出，得到一个完整的微波信号检测仪器，具有较高的实际应用价值。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种基于硅基悬臂梁T型结直接加热式毫米波信号检测仪器，传感器部分实现毫米波信号的功率、频率和相位的测量，由单片机实现数模转换，最后显示在显示屏上，该仪器具有多功能和结构简单的优点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于硅基悬臂梁T型结直接加热式毫米波信号检测仪器，该信号检测仪器包括传感器、单片机和液晶显示屏三个部分；传感器由悬臂梁耦合结构、T型结、间接加热式微波功率传感器和开关构成；其中，悬臂梁耦合结构上下、左右对称，由CPW中央信号线、传输线地线、悬臂梁、悬臂梁锚区构成，悬臂梁置于CPW中央信号线的上方，在悬臂梁的下方有一层Si₃N₄介电层覆盖中央信号线；待测信号由悬臂梁耦合结构的第一端口输入，第二端口接第一间接加热式微波功率传感器；上方两个悬臂梁耦合的信号由第三端口和第四端口输出，第三端口与第一开关的第七端口相连，第四端口与第二开关的第十端口相连，第一开关的第八端口与第二间接加热式微波功率传感器相连，第九端口与第一T型结的第十三端口相连，第二开关的第十一端口与第三间接加热式微波功率传感器相连，第十二端口与第一T型结的第十四端口相连，最后，第一T型结的第十五端口接第四间接加热式微波功率传感器；下方两个悬臂梁耦合的信号由第五端口和第六端口输出，第五端口与第三T型结的第十九端口相连，第六端口与第四T型结的第二十二端口相连，待测信号从第二T型结的第十六端口输入，第二T型结的第十七端口与第三T型结的第二十端口相连，第十八端口与第四T型结的第二十三端口相连，第三T型结的第二十一端口接第五间接加热式微波功率传感器，第四T型结的第二十四端口接第六间接加热式微波功率传感器；所有微波功率传感器的输出端都连接到MCS51单片机。

直接加热式微波功率传感器由CPW中央信号线、传输线地线、MIM电容、终端电阻、输出Pad构成，用于检测微波信号的功率大小，终端电阻设计为CPW传输线的匹配负载，同时作为热电偶的半导体臂，MIM电容作为隔直电容，起到阻断直流通路和微波通路的作用，在终端电阻热端下方的Si衬底被刻蚀，用于增大传感器的灵敏度，为了提高冷热端的温差，终端电阻设计为梯形。