专利名称：一种微波收发机中的自供电微机械传感器及模块的制作方法
技术领域：
本发明属于微电子机械系统领域，涉及一种微波收发机中的自供电微机械传感器及模块。
背景技术：
在微波通信技术发展中，无线收发机的散热问题和能量消耗在任何微波研究中是必不可少的。现代通信系统发展要求无线收发机能够长时间高效率工作。常见的无线收发机的很大问题是散热性能和能量损耗。最常见的无线发射机是基于超外差式的无线发射机，主要由中频滤波器、本地振荡信号、混频器、镜像滤波器、微波功率放大器、天线等构成。该系统的缺点在于微波信号通过微波功率放大器时，不仅仅是进行功率放大，同时会消耗了大量能量，通过热量形式耗散，使得整个系统的温度上升，使得可靠性变低。最常见的无线接收机是基于超外差式的无线接收机，主要由微波滤波器、低噪声放大器、镜像抑制滤波器、混频器、本地振荡信号、中频滤波器、中频可变增益放大器、天线等构成。无线接收机的低噪声放大器需要直流电压偏置。微波收发机通过开关控制无线发射机、无线接收机的工作与否。随着MEMS技术发展，并对MEMS热电堆的seeback效应的研究，通过热电堆使得微波信号通过无线发射机的微波功率传感器所产生的热量转化为直流电压，通过将此直流电压对储能电容进行充电储能，通过稳压电路输出直流电压，对无线接收机的低噪声放大器提供直流偏置电压，使热量再利用成为可能，从而解决了无线发射机系统的微波功率放大器的散热问题和无线接收机的低噪声放大器的自供电问题。本发明即是基于以上技术。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提供一种解决了无线发射机系统的微波功率放大器的散热问题和无线接收机的低噪声放大器自供电问题的微波收发机中的自供电微机械传感器。本发明还提供了一种采用上述传感器的微波收发机中的自供电模块，。技术方案:本发明的微波收发机中的自供电微机械传感器，包括印刷电路板、设置在印刷电路板中心的微波功率放大器、设置于微波功率放大器外周的热电堆结构，热电堆结构包括依次串联的四个微机械热电堆，其中首尾两端的微机械热电堆分别连接一个压焊块，微机械热电堆与印刷电路板之间设置有砷化镓衬底。本发明中，四个微机械热电堆成中心对称，设置在微波功率放大器的外周。本发明还提供了一种微波收发机中的自供电模块，包括上述的微波收发机中的自供电微机械传感器、储能电容、稳压电路和低噪声放大器，微波收发机中的自供电微机械传感器的一个压焊块接地，另一个压焊块同时与储能电容的一端和稳压电路的输入端连接，储能电容的另一端接地，稳压电路的输出端与低噪声放大器的直流电压偏置端连接。自供电微机械传感器在微波功率放大器的周围放置处于GaAs衬底上的MEMS热电堆，辅以储能电容和稳压电路，基于seeback效应实现微波信号通过微波功率放大器所产生热量到直流电压的转换，构成利用无线发射机所耗散的热量的形成的自供电直流电压，将利用热量产生的自供电直流稳定电压输出提供给低噪声放大器做直流偏置电压。在无线发射机的微波功率放大器的工作过程中，会有大量的热量耗散，在无线收发机的印刷电路板上产生温度分布，形成温差。在微波功率放大器周围放置MEMS热电堆和储能电容，MEMS热电堆基于seeback效应，产生直流电压。将该直流电压加到储能电容上，可实现能量的储存。将产生的电压通过稳压电路，获得稳定的直流电压。在无线接收机工作时，将获得的稳定的直流电压提供低噪声放大器的直流偏置。因此，通过热量的再利用，有效地改善了无线收发机的能量消耗，不但可以改善发射机的散热性能，还可以提供直流偏置电压，提高了无线收发机系统的适用范围。微波收发机中的自供电微机械传感器中的MEMS热电堆的制备方法:I)准备砷化镓衬底:按照IO18个/立方厘米的掺杂浓度，在半绝缘砷化镓衬底中，外延N+砷化镓，外延后的半绝缘砷化镓衬底中，方块电阻值为100 130Q/ □，其中单位为欧姆每方(方块电阻为导电材料单位厚度单位面积上的电阻值);2)在步骤I得到的砷化镓衬底上再次外延生长N+砷化镓，形成微机械热电堆的半导体热偶臂的图形和欧姆接触区；3)在步骤2得到的半导体热偶臂的图形上，反刻N+砷化镓，形成掺杂浓度为IO17个/立方厘米的半导体热偶臂；4)在步骤3的基础上，涂光刻胶，并光刻:去除将要保留金锗镍/金地方的光刻胶；5)在步骤4得到的光刻结果的基础上，溅射金锗镍/金，作为热电堆金属臂，金锗镍/金的厚度为2700A ,其中金锗镍与砷化镓形成欧姆接触；6)在步骤5的基础上，剥离光刻胶，形成热电堆的金属热偶臂；7)在步骤6的基础上，减薄衬底至100 ii m ；有益效果:与现有的微波无线收发机相比，应用了这种自供电微电子机械传感器及其模块的微波收发机，用热电堆取代散热片进行微波收发机的散热，不但能够使得微波功率放大器能够正常工作，而且实现了将微波信号通过微波功率放大器产生的热量到直流电压的转换，能够给微波收发机的低噪声放大器提供直流电压偏置，从而有效地改善无线收发机系统的散热问题和能量损耗，同时为电路提供了稳定的电压源；而且该结构工艺简单，与GaAs MMIC工艺相兼容，便于集成；该结构很好地提高了无线收发机系统的性能。本发明通过在超外差式无线发射机的微波功率放大器的周围设计和制备MEMS热电堆，基于seeback效应通过压焊块弓I出获得直流电压，将该直流电压接到储能电容上，对储能电容进行充电储能，再将该电压通过稳压电路，输出稳定电压，对无线接收机的低噪声放大器提供直流偏置，从而解决了无线发射机系统的微波功率放大器的散热问题和无线接收机的低噪声放大器的自供电问题
图1是本发明微波收发机中自供电微机械传感器的结构示意图。图2是本发明微波收发机中自供电微机械传感器的A-A7截面图。图3是本发明微波收发机中自供电微机械传感器的B-B7截面图。图4是本发明微波收发机中的自供电模块的结构示意图。图中有:印刷电路板1、微波功率放大器2、微机械热电堆3、压焊块4、砷化镓衬底5、储能电容6、稳压电路7、低噪声放大器8。
具体实施例方式本发明的微波收发机中的自供电微机械传感器及模块，是一种基于MEMS热电堆的热电式微电子机械传感器及模块，具体实施方案如下:本发明的微波收发机中的自供电微机械传感器包括印刷电路板1、设置在印刷电路板I中心的微波功率放大器2、设置于微波功率放大器2外周的热电堆结构，热电堆结构包括依次串联的四个微机械热电堆3，四个微机械热电堆3成中心对称，设置在微波功率放大器2的外周。其中首端的微机械热电堆3连接一个压焊块4，尾端的微机械热电堆3连接另一个压焊块4，微机械热电堆3与印刷电路板I之间设置有砷化镓衬底5。本发明的微波收发机中的自供电模块，包括上述的微波收发机中的自供电微机械传感器、储能电容6、稳压电路7和低噪声放大器8,微波收发机中的自供电微机械传感器的一个压焊块4接地，另一个压焊块4同时与储能电容6的一端和稳压电路7的输入端连接，储能电容6的另一端接地，稳压电路7的输出端与低噪声放大器8的直流电压偏置端连接。在微波收发机中，超外差式无线发射机由中频滤波器、本地振荡信号、混频器、镜像抑制滤波器、微波功率放大器、微波滤波器、天线构成。在超外差式无线发射机的微波功率放大器2的周围放置MEMS热电堆3，MEMS热电堆3基于seeback效应，产生直流电压。将热电堆3的直流输出通过一个压焊块4引出，连到储能电容6的一端，热电堆3的另一端通过另一个压焊块4连到地上，储能电容6的另一端也连到地，构成能量的储存系统，微波功率放大器2产生的热量耗散在印刷电路板板I上形成温度分布，使得温差能够被热电堆3转换成直流电压，对储能电容6充电，储存能量，减少能量的损耗。在微波收发机中，超外差式无线接收机由中频可变增益放大器、中频滤波器、本地振荡信号、混频器、镜像抑制滤波器、低噪声放大器、微波滤波器、天线构成。储能电容6的非接地端连接到稳压电路7的输入端，通过稳压电路7输出端输出稳定直流电压,提供低噪声放大器8的直流电压偏置，构成了自供电模块，减小了系统的能量损耗。因此，利用热量再利用的自供电微机械热电堆式传感器的微波收发机，有效地改善了无线收发机的散热性能和能量消耗，提高了微波收发机系统的适用范围。微波收发机中的自供电微机械传感器中的MEMS热电堆的制备方法:I)准备砷化镓衬底:按照IO18个/立方厘米的掺杂浓度，在半绝缘砷化镓衬底中，外延N+砷化镓，外延后的半绝缘砷化镓衬底中，方块电阻值为100 130Q/ □，其中单位为欧姆每方(方块电阻为导电材料单位厚度单位面积上的电阻值);2)在步骤I得到的砷化镓衬底上再次外延生长N+砷化镓，形成微机械热电堆的半导体热偶臂的图形和欧姆接触区；3)在步骤2得到的半导体热偶臂的图形上，反刻N+砷化镓，形成掺杂浓度为IO17个/立方厘米的半导体热偶臂；4)在步骤3的基础上，涂光刻胶，并光刻:去除将要保留金锗镍/金地方的光刻胶；5)在步骤4得到的光刻结果的基础上，溅射金锗镍/金，作为热电堆金属臂，金锗镍/金的厚度为2700A ,其中金锗镍与砷化镓形成欧姆接触；
6)在步骤5的基础上，剥离光刻胶，形成热电堆的金属热偶臂；7)在步骤6的基础上，减薄衬底至100 ii m ；本发明的微波收发机中的自供电微机械传感器及模块是利用MEMS热电堆的seeback效应，由于微波信号通过超外差式无线发射机中微波功率放大器产生大量热量，在印刷电路板上形成温度场分布，本传感器通过热电堆的seeback效应将微波信号通过微波功率放大器产生的热量转换成直流电压，自供电模块通过该传感器产生的直流电压，对储能电容进行充电，再通过稳压电路，实现稳定的直流电压输出，对超外差式无线接收机的低噪声放大器提供直流电压偏置。故通过应用该自供电微机械传感器及模块，实现了微波收发机的功能，同时实现了无线发射机散热性能的改进，且提供了无线接收机的低噪声放大器的稳定的直流电压偏置，有效地改善无线发射系统的能量损耗。满足以上条件的结构即视为本发明的微波收发机中的自供电微机械传感器及模块。
权利要求
1.一种微波收发机中的自供电微机械传感器，其特征在于，该传感器包括印刷电路板(1)、设置在所述印刷电路板(I)中心的微波功率放大器(2)、设置于所述微波功率放大器(2)外周的热电堆结构，所述热电堆结构包括依次串联的四个微机械热电堆(3)，其中首尾两端的微机械热电堆(3)分别连接一个压焊块(4)，所述微机械热电堆(3)与印刷电路板(I)之间设置有砷化镓衬底(5 )。
2.根据权利要求1所述的微波收发机中的自供电微机械传感器，其特征在于，所述的四个微机械热电堆成中心对称，设置在所述微波功率放大器(2)的外周。
3.一种微波收发机中的自供电模块，其特征在于，该模块包括权利要求1所述的微波收发机中的自供电微机械传感器、储能电容(6)、稳压电路(7)和低噪声放大器(8),所述微波收发机中的自供电微机械传感器的一个压焊块(4)接地，另一个压焊块(4)同时与储能电容(6)的一端和稳压电路(7)的输入端连接，所述储能电容(6)的另一端接地，所述稳压电路(7)的输出端与低噪声放大器(8)的直流电压偏置端连接。
全文摘要
本发明公开了一种微波收发机中的自供电微机械传感器及模块，包括印刷电路板、设置在印刷电路板中心的微波功率放大器、设置于微波功率放大器外周的热电堆结构，热电堆结构包括依次串联的四个微机械热电堆，其中首尾两端的微机械热电堆分别连接一个压焊块，微机械热电堆与印刷电路板之间设置有砷化镓衬底。本发明具有改善微波收发机的散热性能，能够提供稳定的直流电压偏置，能量消耗小，且MEMS热电堆具有很高的集成度，与GaAs MMIC工艺相兼容，便于大规模生产。有效改善无线发射机系统的能量消耗，提高了系统的可靠性和稳定性。
文档编号H04B1/40GK103176038SQ20131003851
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者廖小平, 周锐 申请人:东南大学