基于微波功率傳感器的檢測系統(tǒng).pdf

1、幾十年來，微波技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成了一門比較系統(tǒng)的學(xué)科，在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，比如通信、雷達(dá)、電子信息對抗和電子導(dǎo)航等。微波技術(shù)如今已經(jīng)影響到了我們的生產(chǎn)和生活中的各個方面。微波功率是表征微波信號特征的一個重要參數(shù)，在微波信號發(fā)送、傳輸和接收的過程中不可缺少。微波功率傳感器是最為常見的微波測量儀器。微波檢測系統(tǒng)是把微波功率傳感器的微弱信號經(jīng)過放大、濾波并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后再在儀表上顯示，如果沒有合理的微波功率檢測系統(tǒng)，微波功率傳感器的應(yīng)用將受

2、到很大的限制。
　　本文首先對一種基于MEMS技術(shù)，與GaAs MMIC工藝兼容的熱電式MEMS微波功率傳感器進(jìn)行分析，然后對該微波功率傳感器的靈敏度和信噪比進(jìn)行了研究、模擬與測試，選擇高靈敏度、高信噪比的微波功率傳感器能夠提高本文設(shè)計的微波功率檢測系統(tǒng)的信噪比。接著對微波功率傳感器輸出的微弱信號的放大、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理以及儀表顯示電路進(jìn)行設(shè)計、模擬和測試。最后在該熱電式MEMS微波功率傳感器的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種微波功率檢測

3、系統(tǒng)，并通過Fluke數(shù)字萬用表驗(yàn)證其精確性達(dá)到99％。使用此微波功率檢測系統(tǒng)研究了2種微波功率傳感器在4個不同頻點(diǎn)，3個放大倍數(shù)下輸入功率和輸出電壓之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了在0-100mW輸入功率下微波功率傳感器在低功率時放大倍數(shù)逐漸上升，當(dāng)大于一個閾值時，放大倍數(shù)恒定在設(shè)計值，針對此問題本文做了理論的解釋，此結(jié)論能夠更好地優(yōu)化本文所設(shè)計的微波功率檢測系統(tǒng)。
　　第一章為緒論，主要講述了課題研究的背景和意義，MEMS和RF MEMS，

4、以及微波功率傳感器一些基本的理論介紹，然后對微波功率檢測的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)和分類，引出了本論文研究內(nèi)容即基于微波功率傳感器的微波功率檢測系統(tǒng)。
　　第二章主要介紹了MEMS微波功率傳感器的結(jié)構(gòu)和理論，介紹了熱電轉(zhuǎn)化的原理和共面波導(dǎo)的一些特性以及熱量的傳遞原理。
　　第三章和第四章為本文的主要內(nèi)容，第三章首先對基于MEMS技術(shù)，與GaAs MMIC工藝兼容的熱電式微波功率傳感器進(jìn)行分析，然后對該微波功率傳感器的靈敏度和信噪比

5、進(jìn)行了模擬與測試，得到的結(jié)論可以方便我們更好的挑選高信噪比的微波功率傳感器。高信噪比的MEMS微波功率傳感器對于后級放大濾波電路具有非常重要的意義。第四章首先對該檢測系統(tǒng)的放大和濾波電路進(jìn)行multisim軟件仿真，根據(jù)仿真結(jié)果設(shè)計放大和濾波電路同時制作PCB板，然后設(shè)計模數(shù)部分和儀表顯示部分，把以上幾個部分級聯(lián)起來就構(gòu)成了基于微波功率傳感器的檢測系統(tǒng)。隨后在本課題組的實(shí)驗(yàn)平臺上對該檢測系統(tǒng)進(jìn)行測試，該檢測系統(tǒng)在工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)和Flu

6、ke數(shù)字萬用表的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以驗(yàn)證本文設(shè)計的檢測系統(tǒng)的精確性達(dá)到99％。最后基于本文設(shè)計的微波功率檢測系統(tǒng)來研究2種（4對熱電偶，12對熱電偶）微波功率傳感器在4個不同頻點(diǎn)(1GHz，10GHz，20GHz，30GHz)，3個放大倍數(shù)(10倍，100倍，19.5倍)下輸入功率和輸出電壓之間的關(guān)系，12對熱電偶的微波功率傳感器在1GHz時輸入功率為100mW時輸出電壓為1.1194V，輸出電壓已經(jīng)達(dá)到V級別，放大后的數(shù)據(jù)精確到小數(shù)點(diǎn)第

7、4位，表示了該檢測系統(tǒng)具有高增益、穩(wěn)定性、精確性等特點(diǎn)。上面3種不同倍數(shù)(10倍，100倍，19.5倍)進(jìn)行放大后，輸出電壓和輸入功率都具有良好的線性度，表明了檢測系統(tǒng)的放大電路具有很穩(wěn)定的增益;同時也發(fā)現(xiàn)了在0-100mW輸入功率下微波功率傳感器在低功率時放大倍數(shù)逐漸上升，當(dāng)大于一個闔值15mW時，放大倍數(shù)恒定在設(shè)計值，針對此問題本文做了理論的解釋，此結(jié)論能夠更好地優(yōu)化本文所設(shè)計的微波功率檢測系統(tǒng)。
　　第五章主要是對本論文所做