近年来,微波技术已经发展成了一门较为系统的学科,在众多领域中都得到了广泛的应用,比如通信、雷达、电子信息对抗和电子导航等。微波功率是表征微波信号特征的重要参数之一,微波功率的检测在微波信号的产生、传输和接收过程中都是必不可少的,微波功率传感器被广泛应用于微波设备中微波功率大小的检测、电路保护和增益控制等等。目前微波功率传感器主要分为热电式MEMS微波功率传感器和电容式MEMS微波功率传感器。热电式MEMS微波功率传感器是基于热电转换原理,它具有灵敏度高、线性度好和微波性能好等优点。但热电式MEMS微波功率传感器也存在一些不足的地方就是只能测量微波功率相对较小的微波信号,过载能力较差,而且无法实现在微波信号在传输过程中检测。电容式MEMS微波功率传感器可在线测量微波信号,其灵敏度的大小依赖于输出电容的变化,但当MEMS梁对输入功率敏感时,输出电容的变化较大,而大的电容变化会导致反射系数增大,从而导致微波性能的劣化,系统的线性度较差,影响传感器的检测精度。可以发现,电容式MEMS微波功率传感器面临的一个主要难题就是灵敏度、动态范围和微波性能之间的矛盾,其原因是微波信号功率的提取和测量是同时进行的,而这两者又是相互制约的。因此本文提出了一种耦合式MEMS微波功率传感器,该传感器将微波信号功率的提取和测量分成两个步骤,首先采用MEMS悬臂梁作为耦合器在线耦合提取一定比例的微波功率,然后采用热电式功率检测系统检测耦合得到的微波功率,耦合式MEMS微波功率传感器从检测原理上根本解决电容式微波功率检测系统灵敏度性能、功率动态范围和微波性能之间的矛盾。本文主要内容包括以下几个部分:(1)第一部分介绍MEMS微波功率传感器的应用领域和各类MEMS微波功率传感器的发展研究现状,从中总结出不同种类的微波功率传感器各自的优缺点,揭示了在线式电容式MEMS微波功率传感器存在着其灵敏度、动态范围和微波性能之间的矛盾,为了解决这一矛盾,本文提出一种耦合式MEMS微波功率传感器。(2)第二部分是耦合式MEMS微波功率传感器的工作原理和理论研究,首先对共面波导进行微波特性分析,接着建立耦合式MEMS微波功率传感器的散射参数模型,推导出微波功率提取比例和耦合电容之间的关系。然后分析悬臂梁结构在工作过程中对微波功率传感器的微波性能的影响。最后建立传感器的微波功率检测模型,分析讨论了相关参数和传感器灵敏度之间的关系。(3)第三部分设计了三种耦合度的耦合式MEMS微波功率传感器,首先对特定耦合度的耦合式MEMS微波功率传感器的设计方法进行了研究,接着通过有限元仿真软件分析了耦合式MEMS微波传感器的微波性能,进一步对传感器的结构进行优化来改善其微波性能,最后对耦合式MEMS微波功率传感器中功率检测部分的结构进行改进,其优化结构能够减少微波功率传感器的面积和节省工艺制作成本。(4)第四部分加工制作耦合度为1%、10%和20%的耦合式MEMS微波功率传感器,由于工艺制作的误差等原因,使得耦合度为1%的传感器制作失败。通过最终的测试结果计算,耦合度为10%的传感器的灵敏度为1.2m V/W@9GHz、1.4m V/W@10GHz和0.8m V/W@11GHz,耦合度为20%的传感器的灵敏度为2.4m V/W@9GHz、2.4m V/W@10GHz和1.3m V/W@11GHz。最后对本论文研究的内容进行了总结,提出了全文的一些创新之处和有待深入研究改进的一些方面。