CN101692123A - 微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置 - Google Patents

微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置 Download PDF

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微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置是一种利用完全相同的功率传感器在同时检测直流功率与微波功率时，微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置，该装置包括三个完全相同的功率传感器并辅以功率分配器(16)、差分放大器(17)、自动增益控制器(18)；三个完全相同的功率传感器为第一功率传感器(a)、第二功率传感器(b)、第三功率传感器(c)；而且这种结构是基于MEMS技术的，具有MEMS的基本优点，如重量轻、功耗低等。这一系列优点是传统的微波功率检测器无法比拟的，因此它具有很好的研究和应用价值。

Description

微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置
技术领域
本发明提出了基于微电子机械系统(MEMS)技术的微波功率检测装置，属于微电子机械系统的技术领域。
背景技术
在微波技术研究中，微波功率是表征微波信号特征的一个重要参数。在微波信号的产生、传输及接收各个环节的研究中，微波功率的检测是必不可少的。最常见的微波功率检测器是基于热电转换原理的微波功率传感器，它把微波信号通过负载电阻转化成热，然后再利用热电堆的Seebeck效应把此热转换成与待测微波功率成正比的直流电压输出。传统微波功率传感器的缺点在于通过输出的直流电压计算待测微波功率时，并没有考虑微波损耗造成的待测功率的减少，从而影响检测的精确度。近20多年来，随着MEMS技术的飞速发展，MEMS技术与硅(Si)工艺或砷化镓(GaAs)工艺相兼容从而使微波功率检测向系统级发展成为可能，本发明即为基于此工作原理的检测装置。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS技术的微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置，利用完全相同的功率传感器在同时检测直流功率和微波功率时，检测出其差异以实现微波损耗补偿，从而提高微波功率检测的精确性。
技术方案：本发明的微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置该装置包括三个完全相同的功率传感器并辅以功率分配器、差分放大器、自动增益控制器；三个完全相同的功率传感器为第一功率传感器、第二功率传感器、第三功率传感器；功率分配器输入端接待测微波功率，功率分配器第一输出端接第二功率传感器的共面波导传输线上，功率分配器第二输出端接第三功率传感器的共面波导传输线上，与第一待测微波功率P1和第二待测微波功率P2幅值相同的直流功率接到第一功率传感器的共面波导传输线上；第一功率传感器的压焊块连接到差分放大器第一输入端，第二功率传感器的压焊块连接到差分放大器第二输入端，差分放大器输出端连接到自动增益控制器的AGC控制端，第三功率传感器的压焊块连接自动增益控制器的AGC输入端，电势差通过自动增益控制器的AGC输出端输出。所述的功率传感器的GaAs衬底上设有铝镓砷薄膜，在铝镓砷薄膜上标面的中间位置设有热电堆，在铝镓砷薄膜上标面的两边位置分别设有共面波导传输线和压焊块，在共面波导传输线的旁边设有氮化钽电阻。
待测微波信号通过功率分配器一分为二得到两个完全相同的待测微波信号，即第一待测微波功率和第二待测微波功率，第一待测微波功率连接到第二功率传感器的共面波导传输线，第二待测微波功率连接到第三功率传感器的共面波导传输线，而与第一待测微波功率和第二待测微波功率大小相等的直流功率连接到第一功率传感器的共面波导传输线，第一功率传感器的压焊块连接到差分放大器第一输入端，第二功率传感器的压焊块连接到差分放大器第二输入端，差分放大器的输出端连接到自动增益控制器的控制端，第三功率传感器的压焊块连接自动增益控制器的输入端，电势差通过自动增益控制器的输出端输出；
直流功率和第一待测微波功率通过装置的微波功率损耗检测部分的第一功率传感器、第二功率传感器和差分放大器检测第一待测微波功率的损耗功率，由于第一待测微波功率和第二待测微波功率完全相同，损耗也相同，然后通过AGC的控制端来补偿第二待测微波功率的损耗功率，并通过装置的微波损耗补偿式微波功率检测部分，第三功率传感器、自动增益控制器精确的检测出待测微波信号的功率。
有益效果：与现有的微波功率检测器相比，这种新型的基于MEMS的技术的微波功率检测装置具有以下显著的优点：
1、该结构由微波功率损耗检测和微波损耗补偿式微波功率检测两部分组成，
从而有效的补偿了微波损耗的功率，极大提高了微波功率检测的精确度；
2、该结构工艺简单，便于集成；
3、该结构将微弱信号放大输出，有利于后续接口电路的处理。
而且这种结构是基于MEMS技术的，具有MEMS的基本优点，如重量轻、功耗低等。这一系列优点是传统的微波功率检测器无法比拟的，因此它具有很好的研究和应用价值。
附图说明
图1是微波功率检测装置的原理图，
图2a是单个微波功率传感器的结构示意图，
图2b是图2a的A-A面剖视结构示意图，
图2c是整个功率传感器结构的结构示意图，
图3是微波功率检测装置的线路连接图，
图4是输出电压与微波输入功率之间的关系图，
图中包括：共面波导传输线1，氮化钽(TaN)电阻2，热电堆3，压焊块4，铝镓砷薄膜5，GaAs衬底6，功率分配器输入端7，功率分配器第一输出端8，功率分配器第二输出端9，差分放大器第一输入端10，差分放大器第二输入端11，差分放大器输出端12，AGC控制端13，AGC输入端14，AGC输出端15，功率分配器16，差分放大器17，自动增益控制器(AGC)18。
具体实施方式
本发明的微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置利用三个完全相同的功率传感器并辅以功率分配器、差分放大器、自动增益控制器(AGC)：
待测微波信号加到功率分配器输入端7，在其功率分配器第一输出端8，功率分配器第二输出端9处产生了两个完全相同的待测微波信号，即待第一测微波功率P1和第二待测微波功率P2。
微波功率传感器由三个完全相同的功率传感器a、功率传感器b和功率传感器c组成。功率传感器a和功率传感器b的输出接到差分放大器的两个输入端，然后将差分放大器的输出接到AGC的控制端，从而组成装置的微波功率损耗检测部分。功率传感器c的输出接到AGC的输入端，组成装置的微波损耗补偿式微波功率检测部分。
将与待测微波功率P1、P2相同功率大小的直流功率接到功率传感器a的共面波导传输线，将待测微波功率P1接到功率传感器b的共面波导传输线。待测微波功率P2接到功率传感器c的共面波导传输线。
直流功率和待测微波功率P1输入到装置的微波功率损耗检测部分，由于两者的功率大小相同，但直流功率不存在微波损耗，通过差分放大器就可以检测出两者的差异，即待测微波功率P1损耗的功率，并将差分放大器的输出接到AGC的控制端。待测微波功率P2通过功率传感器c输出给AGC，AGC的控制端补偿待测微波功率P2由于微波频率造成的损耗功率，由于待测微波功率P1、P2完全相同，通过的微波功率传感器也完全相同，因此微波功率损耗也相同，从而实现微波功率的精确检测。
本发明的微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置是一种微波损耗补偿式的微波功率检测装置，具体实施方案如下：
该装置利用三个完全相同的功率传感器(功率传感器a、功率传感器b、功率传感器c)并辅以功率分配器16、差分放大器17、自动增益控制器18：
功率传感器由功率传感器a、功率传感器b、功率传感器c组成，三者的结构完全相同，它们都分别由共面波导传输线1、氮化钽电阻2、热电堆3和压焊块4组成。
待测微波信号输入到功率分配器的端口一7一分为二产生了两个完全相同的信号，即在端口二8形成了待测微波功率1(P1)、在端口三9形成了待测微波功率2(P2)。P1接到功率传感器b的共面波导传输线1上，P2接到功率传感器c的共面波导传输线1上。而与P1、P2幅值相同的直流功率接到功率传感器a的共面波导传输线1上。直流功率通过功率传感器a产生的电势差输入给差分放大器的输入端口一10，待测微波功率P1通过功率传感器b产生的电势差输入给差分放大器的输入端口二11。待测微波功率P1由于微波频率而存在着微波损耗，而直流功率不存在微波损耗，因此两者的差异通过差分放大器的输出端12输入给自动增益控制器的控制端13，因为待测功率P1、P2完全相同，所以两者的微波损耗也完全相同。待测微波功率P2通过功率传感器c产生的电势差输入给AGC的输入端14，因此通过AGC控制端13来补偿待测微波功率P2的损耗功率，并通过AGC的输出端15输出电势差。微波功率的检测通过AGC控制端13的损耗补偿后，提高了检测的精确度。
区分是否为该结构的标准如下：
该检测微波功率装置是利用完全相同的功率传感器在同时检测直流功率与微波功率时，检测出其差异以实现微波损耗补偿的微波功率检测装置，由微波功率损耗检测和微波损耗补偿式微波功率检测两部分组成。即直流功率和待测微波功率P1通过装置的微波功率损耗检测部分(功率传感器a、功率传感器b和差分放大器)输出待测微波功率P1的损耗功率，由于待测微波功率P1、P2完全相同，因此损耗也相同，然后通过AGC的控制端来补偿待测微波功率P2的功率损耗，并通过装置的微波损耗补偿式微波功率检测部分(功率传感器c、AGC)精确的检测出待测微波信号的功率。
满足以上条件的结构即视为本发明的微电子机械微波功率检测装置。

Claims (2)

1.一种微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置，其特征在于该装置包括三个完全相同的功率传感器并辅以功率分配器(16)、差分放大器(17)、自动增益控制器(18)；三个完全相同的功率传感器为第一功率传感器(a)、第二功率传感器(b)、第三功率传感器(c)；功率分配器输入端(7)接待测微波功率，功率分配器第一输出端(8)接第二功率传感器(b)的共面波导传输线(1)上，功率分配器第二输出端(9)接第三功率传感器(c)的共面波导传输线(1)上，与第一待测微波功率P1和第二待测微波功率P2幅值相同的直流功率接到第一功率传感器(a)的共面波导传输线(1)上；第一功率传感器(a)的压焊块(4)连接到差分放大器第一输入端(10)，第二功率传感器(b)的压焊块(4)连接到差分放大器第二输入端(11)，差分放大器输出端(12)连接到自动增益控制器(18)的AGC控制端(13)，第三功率传感器(c)的压焊块(4)连接自动增益控制器(18)的AGC输入端(14)，电势差通过自动增益控制器的AGC输出端(15)输出。
2.根据权利要求1所述的微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置，其特征在于所述的功率传感器的GaAs衬底(6)上设有铝镓砷薄膜(5)，在铝镓砷薄膜(5)上标面的中间位置设有热电堆(3)，在铝镓砷薄膜(5)上标面的两边位置分别设有共面波导传输线(1)和压焊块(4)，在共面波导传输线(1)的旁边设有氮化钽电阻(2)。
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