《微電子機械微波通訊信號檢測集成系統》共分為12章,從第1章共性的設計理論和實現方法出發,對MEMS微波器件進行了一系列設計、實驗和系統級S參數模型的研究。這些器件包括:第2章的一分為二微波功分器,第3章的間接加熱熱電式功率傳感器,第4章的直接加熱熱電式功率傳感器,第5章的電容式功率傳感器,第6章的電容式和熱電式級聯功率傳感器,以及集成MEMS系統,第7章的在線電容耦合式微波功率檢測器,第8章的在線定向耦合式毫米波功率檢測器,第9章微波相位檢測器和第10章微波頻率檢測器,第11章分別對微波功率、相位和頻率檢測器進行了封裝研究;最后,第12章進行了總結和展望。由于集成的MEMS相位檢測器和集成的MEMS頻率檢測器研究都是基于MEMS微波功率傳感器技術,因此,《微電子機械微波通訊信號檢測集成系統》用較大篇幅來詮釋MEMS微波功率傳感器及其集成的微波功率檢測器的研究。
《微電子機械微波通訊信號檢測集成系統》所涵蓋的學術成果在本專業國際上的重要學術期刊,以及國際重要學術會議上已發表,同時,書中所提出的結構新穎,創新性突出,已獲得中華人民共和國國家發明專利授權,應用價值高。《微電子機械微波通訊信號檢測集成系統》適合高校電子、通訊和儀器專業的研究生和本科生作為教材和參考書,同時,也可作為相關專業的科研人員和工程技術人員的參考書。
在微波通訊中,功率、相位和頻率是用來表征微波信號的三大參數。例如,作為電子對抗、目標探測和信息采集的關鍵信息裝備的雷達,,在微波通訊中占有重要的地位,在雷達整機中,微波信號的產生、發射、傳輸、接收和處理等各個環節,都必須進行微波信號的檢測。相控陣雷達的每一面陣中都有非常多的微波功率放大處理電路單元,每個單元都需要進行微波功率的檢測,如何精確地進行檢測一直是重要的課題;而隨著微波頻率的增加,信號的波長與電路中各種元器件尺寸越來越接近,電磁波通過微波器件時,除了會發生衰減,造成功率的變化外,同時還發生相移,引起相位的變化,檢測并控制信號相位的變化有著非常重要的意義;同時,微波信號的頻率同樣已成為重要的檢測參數,頻率的標準及其計量方法具有最高的精度,其測量決定著其他相關參數的準確度。
低直流功耗、高抗燒毀水平、高靈敏度、高線性度、大動態范圍、易集成、小體積和低成本的微波通訊信號檢測集成系統已成為軍用和民用微波通訊技術發展的重要裝備之一,針對軍用和民用微波通訊裝備的以上需求,應用RF MEMS(射頻微電子機械系統)技術,東南大學MEMS教育部重點實驗室RF MEMS課題組從2003年開始了微電子機械微波信號檢測集成系統的研究。相對應微波信號的功率、相位和頻率的檢測,作為RF MEMS課題組負責人,我已經主持完成了三個國家自然科學基金面上項目:“在線式MEMS微波功率傳感器的設計理論和實現方法的研究”(批準號:60676043,起止時間:2007年1月~2009年12月),“基于MEMS功率傳感技術的單片微波相位集成檢測系統的設計理論和實現方法”(批準號:60976094,起止時間:2010年1月~2012年12月),“基于MEMS微波功率傳感器的無線接收式微波頻率檢測集成系統的設計理論和實現方法”(批準號:61076108,起止時間:2011年1月~2013年12月)。另外,已經主持完成了一項國家863計劃(國家高技術研究發展計劃)項目:“在線式MEMS微波功率傳感器及其集成檢測系統研究(批準號:2007AA042328,起止時間:2007年10月~2010年5月)。通過以上科研,基于GaAs MMIC兼容工藝,課題組研制了MEMS集成的在線式微波功率檢測器和MEMS集成的微波相位檢測器,以及MEMS集成的微波頻率檢測器,其創新性表現為:全是由無源器件集成,實現零直流功耗;采用MEMS電容式和熱電式兩種微波功率傳感器級聯結構,不僅擴展了測量動態范圍,而且提高了靈敏度和抗燒毀水平;同時,具有高線性度、易集成、小體積和低成本等MEMS的鮮明特點。
課題組深入地進行了模擬、設計、制備、測試和封裝等工作,最終建立了一整套微電子機械微波通訊信號檢測集成系統的設計理論和實現方法,包括:①MEMS熱電堆、MEMS固支梁和懸臂梁、功率分配器和功率合成器、耦合器和移相器等的微波集成設計,以及MEMS微波功率傳感器、相位和頻率檢測器的電-熱-電轉換模型和電-力-電轉換模型建立的設計理論研究;②應用理論研究成果指導微波通訊信號檢測集成系統的設計,與GaAs MMIC工藝兼容的MEMS工藝進行的單片系統集成、測試和封裝;③實驗結果驗證微電子機械微波通訊信號檢測集成系統設計理論和實現方法的有效性。
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第1章 設計理論和實現方法
1.1 共面波導的設計理論和實現方法
1.2 模型的建立方法
1.2.1 微波集總模型
1.2.2 微波-熱-電轉換模型
1.2.3 微波-力-電轉換模型
1.3 與GaAs MMIC兼容的MEMS工藝
1.4 微波、熱電勢和力的測試平臺
1.5 系統級S參數模型
1.6 MEMS集成的微波功率檢測器在微波接收機前端的應用
1.7 MEMS集成的微波相位檢測器在鎖相環中的應用
1.8 MEMS集成的微波頻率檢測器在微波接收檢測中的應用
1.9 小結
參考文獻
第2章 微波功率分配器
2.1 引言
2.2 微波功率分配器的模擬和設計
2.3 微波功率分配器的性能測試
2.4 微波功率分配器的系統級S參數模型
2.5 小結
參考文獻
第3章 MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器
3.1 引言
3.2 MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器
3.2.1 MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的模擬和設計
3.2.2 MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的性能測試
3.2.3 MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的系統級S參數模型
3.3 頻率補償型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器
3.3.1 頻率補償型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的模擬和設計
3.3.2 頻率補償型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的性能測試
3.4 無線接收型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器
3.4.1 無線接收型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的模擬和設討
3.4.2 無線接收型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的性能測試
3.5 三通道型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器
3.5.1 三通道型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的模擬和設計
3.5.2 三通道型MEMS間接加熱熱電式微波功率傳感器的性能測試
3.6 小結
參考文獻
第4章 MEMS直接加熱熱電式微波功率傳感器
4.1 引言
4.2 MEMS直接加熱熱電式微波功率傳感器的模擬和設計
4.2.1 結構和原理
4.2.2 模擬和設計
4.3 MEMS直接加熱熱電式微波功率傳感器的測試
4.3.1 微波性能的測試
4.3.2 靈敏度的測試
4.3.3 響應時間的測試
4.4 MEMS直接加熱熱電式微波功率傳感器的系統級S參數模型
4.4.1 系統級S參數模型的建立
4.4.2 微波頻率、隔直電容和熱電堆的電阻對模型的影響
4.5 小結
參考文獻
第5章 MEMS電容式微波功率傳感器
5.1 引言
5.2 MEMS固支梁電容式微波功率傳感器
5.2.1 MEMS固支梁電容式微波功率傳感器的模擬和設計
5.2.2 MEMS固支梁電容式微波功率傳感器的性能測試
5.3 MEMS懸臂梁電容式微波功率傳感器
5.3.1 MEMS懸臂梁電容式微波功率傳感器的模擬和設計
5.3.2 MEMS懸臂梁電容式微波功率傳感器的性能測試
5.4 MEMS電容式微波功率傳感器的系統級S參數模型
5.5 小結
參考文獻
第6章 MEMS級聯微波功率傳感器
6.1 引言
……
第7章 MEMS在線電容耦合式微波功率檢測器
第8章 MEMS在線定向耦合式毫米波功率檢測器
第9章 MEMS微波相位檢測器
第10章 MEMS微波頻率檢測器
第11章 MEMS封裝
第12章 總結和展望
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