在微波领域中,相位是微波信号的重要参数之一,相位检测器件和电路广泛应用于锁相环、相控阵雷达以及天线等领域,也是电子对抗系统中重要的组成部分。传统的基于二极管和吉尔伯特乘法器的微波相位检测电路存在结构复杂以及动态范围较小等缺点,相对而言,基于矢量合成方法的MEMS微波相位检测结构具有结构简单、动态范围大以及功耗低等优势。因此,本文以面向锁相环应用的MEMS微波相位检测器为研究目标,主要内容包括:(1)针对宽频带需求的问题:提出了一种基于GaAs MMIC工艺的X波段宽频带功合器,在结构上采用两节级联的ACPS传输线形式,以拓展功合器带宽;通过奇偶模分析方法,获得ACPS传输线的特征阻抗、隔离电阻等结构参数的数学表达形式;并通过HFSS仿真实现结构的优化。测试表明,在X波段,宽频带功合器的回波损耗低于-14.9dB,隔离度优于-10.7dB,插入损耗在-3.7dB左右。更为重要的是,不同频率处的传输特性差异不大,满足宽频带应用的需求。针对两节级联的ACPS传输线结构带来的尺寸过大问题,提出了一种基于电容补偿原理的微型化宽频带功合器。结构中,在每节ACPS传输线中引入电容实现微型化,同样利用奇偶模分析方法和HFSS仿真获得优化结构,微型化宽频带功合器的面积仅为微型化之前的40%,大大提高了集成度。测试表明,在X波段,微型化宽频带功合器的传输特性能够满足宽频带应用需求。(2)针对电容式MEMS微波功率传感器的模型和三阶互调失真的问题:分析了电容式MEMS微波功率传感器中的多次反射现象;基于多次反射理论建立了传感器的微波-力-电转换模型,得到了微波功率与梁位移之间的关系以及传感器传输特性的表达形式。测试表明,电容式MEMS微波功率传感器X波段内的回波损耗低于-41.9dB,插入损耗在-0.1dB左右;8GHz、10GHz和12GHz下的微波功率检测灵敏度分别为11.4aF/mW、11.1 aF/mW 和 10.9aF/mW。在此基础上,对该电容式MEMS微波功率传感器的三阶互调失真进行了理论和测试方面的研究。实验表明,当两支信号的频率间隔大于10kHz时,电容式MEMS微波功率传感器几乎不受三阶互调失真的影响。(3)针对热电式MEMS微波功率传感器的模型和温度效应的问题采用点热源近似方法建立了简洁而有效的一维传热方程;根据球状等温面包裹法对热电式MEMS微波功率传感器进行了热阻网络划分,并在此基础上利用热学参量与电学参量的类比,建立了热电式MEMS微波功率传感器的等效电路仿真模型;验证了电路模型的正确性,为面向锁相环的研究奠定了基础。基于对热电式MEMS微波功率传感器温度效应的测试,提出了一种在传感器输出端并联负温度系数补偿电阻的温度补偿方案,通过仿真验证了方案的可行性。(4)针对MEMS相位检测结构面向锁相环应用的可能性探索的问题:分别建立了功合器、电容式MEMS微波功率传感器和热电式MEMS微波功率传感器的等效电路仿真模型;在此基础上,对于基于功合器和电容式MEMS微波功率传感器的相位检测结构,以及基于功合器和热电式MEMS微波功率传感器的相位检测结构,分别建立了对应的锁相环电路仿真模型;通过仿真结果和具体应用问题上的比较,最终选择了较为适宜于锁相环应用的基于功合器和热电式MEMS微波功率传感器的相位检测结构。(5)针对MEMS微波相位检测器性能研究方面的问题:在本文前期研究的基础上,提出了一种面向锁相环的且具备X波段宽带检测特性的宽频带MEMS微波相位检测器,其制备过程与GaAs MMIC工艺兼容。测试表明,输出电压与相位差之间呈现余弦曲线关系。200mW输入功率下,8GHz、9GHz、10GHz、11GHz和12GHz下的相位检测灵敏度分别为 62.8μV/degree、56.2μV/degree、52.4μV/degree、55.0μV/degree 和50.9μV/degree,可以看出,不同频率下的相位检测灵敏度差异不大,满足宽频带应用的需求。同时,提出一种微型化宽频带MEMS相位检测器,面积仅为微型化前的40%。测试表明,200mW 下,8GHz、9GHz、10GHz、11GHz 和 12GHz 下的检测灵敏度分别为 116.9μV/degree、116.4μV/degree、109.3μV/degree、118.8μV/degree 和 101.2μV/degree。可以看出,微型化宽频带MEMS相位检测器在面积和灵敏度方面更具优势。进一步地,为充分研究性能良好的微型化宽频带MEMS微波相位检测器的应用可行性,本文还进行了大功率下的相位检测测试,在功率高达1W的情况下,测试曲线依然符合余弦曲线关系;另外,针对锁相环应用中输入相位检测器的两信号功率不同的情况,也进行了相应的测试。