硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器制造技術

本發明專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器是由共面波導傳輸線傳輸線、縫隙耦合結構、移相器、單刀雙擲開關、T型結功分器、T型結功合器以及間接式熱電式功率傳感器所構成，整個結構基于高阻Si襯底制作，其上有四個縫隙耦合結構，上方的兩個縫隙耦合結構實現信號的頻率測量，下方的兩個縫隙耦合結構實現信號的相位測量，在前后縫隙之間有一個移相器；T型結功分器和T型結功合器是由共面波導傳輸線傳輸線、扇形缺陷結構和空氣橋所組成；間接式熱電式功率傳感器由共面波導傳輸線傳輸線、兩個終端電阻以及熱電堆所構成，熱電堆是由兩種不同的半導體臂級聯組成，它能夠將終端電阻所吸收的信號轉換成熱電勢，這種結構大大提高了檢測效率。

Silicon based unknown frequency gap coupling type T junction indirect millimeter wave phase detector

The invention of the silicon unknown frequency slot coupled type T node indirect type millimeter wave phase detector is composed of a coplanar waveguide transmission line, coupling structure, phase shifter, SPDT Switch, T junction power divider, T junction power combiner and indirect type thermoelectric power sensor is composed of high making the whole structure based on the resistivity Si substrate, there are four slot coupling structure, two slot coupling structure above the frequency measurement signal, two slot coupled structure below the implementation phase of the measuring signal, a phase shifter in the gap between before and after; T junction power divider and T junction. The clutch is composed of a coplanar waveguide transmission line, fan-shaped defect structure and air bridge composed; by coplanar waveguide transmission line, indirect type thermoelectric power sensor two and a terminal resistor thermopile, thermopile The utility model is composed of two different semiconductor arm cascades, which can convert the absorbed signals from the terminal resistance into a thermal electric potential, and the structure greatly improves the detection efficiency.

【技術實現步驟摘要】
硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器
本專利技術提出了硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器，屬于微電子機械系統(MEMS)的

技術介紹
當今時代是信息技術高速發展的時代，信號的檢測與處理一直是人們研究的課題，起初人們只是對低頻段的信號進行研究與處理，隨著科學技術的不斷發展，人們對高頻段的信號也越發研究的透徹，毫米波信號就是一種位于微波信號與光信號之間的高頻率的信號，它主要有三大參數：頻率、相位和功率，如今，對毫米波信號三大參數的測量也日益成為通信領域、航空航天領域等的重要內容。其中，毫米波的相位檢測一直是信號檢測中的重要部分，然而在未知頻率下的相位檢測也是一大難題，現有的相位檢測器有的無法測量未知頻率下的相位，有的雖然能夠測量卻也有諸如結構復雜、體積較大等問題，這些相位檢測器的檢測效率都偏低，已經跟不上信息時代飛速發展的步伐。針對現有的毫米波相位檢測器的問題，并在共面波導傳輸線縫隙耦合結構、T型結功分器、T型結功合器以及間接式熱電式功率傳感器的研究基礎上，本專利技術在高阻Si襯底上設計了一種在未知頻率下的毫米波在線相位檢測器，這種相位檢測器能夠將實現頻率和相位的一體化測量，不僅使得該相位檢測器的體積大大減小、成本大大降低，而且提高了檢測效率。
技術實現思路
技術問題：本專利技術的目的是提供一種硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器，為了能夠實現未知頻率下的毫米波相位測量，本專利技術設計了兩組縫隙耦合結構，一組耦合結構用來測量其頻率大小，另一組耦合結構用以測量其相位大小，在功率分配和功率合成方面則采用了T型結功分器和T型結功合器結構，在功率檢測方面采用了間接式熱電式功率傳感器，這些結構可以較好的集成在一起。技術方案：本專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器是由共面波導傳輸線、一號縫隙耦合結構、二號縫隙耦合結構、三號縫隙耦合結構、四號縫隙耦合結構、移相器、一號單刀雙擲開關、二號單刀雙擲開關、一個T型結功分器、三個T型結功合器以及五個間接式熱電式功率傳感器所構成，具體結構的連接關系如下：第一端口是信號輸入端，一號縫隙耦合結構和二號縫隙耦合結構位于共面波導傳輸線上側地線，三號縫隙耦合結構和四號縫隙耦合結構則位于共面波導傳輸線下側地線，這兩對縫隙關于中心信號線對稱，它們之間由一個移相器隔開，首先來看頻率檢測模塊，一號縫隙耦合結構連接到第二端口，第二端口與一號單刀雙擲開關的輸入端相連，一號單刀雙擲開關的輸出端分別連接到一號T型結功合器和一號間接式熱電式功率傳感器，同樣的，二號縫隙耦合結構連接到第三端口，第三端口與二號單刀雙擲開關的輸入端相連，二號單刀雙擲開關的輸出端分別連接到一號T型結功合器和二號間接式熱電式功率傳感器，而一號T型結功合器的輸出端連接到三號間接式熱電式功率傳感器；再看相位檢測模塊，三號縫隙耦合結構與第四端口相連，第四端口連接到二號T型結功合器，四號縫隙耦合結構與第五端口相連，第五端口連接到三號T型結功合器，參考信號通過四號T型結功分器的輸入端輸入，四號T型結功分器的輸出端分別連接到二號T型結功合器和三號T型結功合器，然后，二號T型結功合器的輸出端連接四號間接式熱電式功率傳感器，三號T型結功合器的輸出端連接五號間接式熱電式功率傳感器，第六端口處連接著后續處理電路。首先，對于毫米波的頻率檢測模塊，它主要是由兩個縫隙耦合結構、一段移相器、兩個單刀雙擲開關、一個T型結功合器以及一個間接式熱電式功率傳感器所構成，毫米波信號首先經過第一個縫隙耦合結構耦合出小部分的信號P1，然后經過一段移相器之后再由另一個縫隙耦合結構耦合出部分的信號P2，這樣兩個耦合信號之間就產生了一定的相位差實際上這段移相器就是一段共面波導傳輸線傳輸線，它的長度設置為以中心頻率f0為35GHz處波長的1/4，此時相位差就是90°，但是當頻率f變化時，相位差是頻率f的函數：其中f為毫米波信號的頻率，c為光速，εer為傳輸線的相對介電常數，ΔL為移相器的長度。因此只要測出的值，就能得到頻率f的大小，于是將兩個耦合信號經過T型結功合器進行合成，再用間接式熱電式功率傳感器去檢測合成信號功率Ps的大小，合成信號的功率Ps是關于相位差的三角函數關系：由于耦合信號P1、P2的大小未知，因此這里采用了兩個單刀雙擲開關將兩個耦合出來的小信號率先進行功率檢測，得到其功率大小，然后再通過T型結功合器進行功率合成，于是由公式(2)就能計算出頻率f的大小。注意這里的相位差只是兩個耦合小信號之間的相位差，并不是原毫米波信號的相位Φ，還需要通過相位檢測模塊來精確確定原毫米波信號的相位Φ。對于毫米波的相位檢測模塊，同樣地也是由兩個縫隙耦合結構耦合出部分小信號P3和P4，由于縫隙尺寸相同，所以它們的功率大小等于之前測得的耦合小信號P1和P2，它們的初始相位都為Φ，在經過移相器之后，第二個縫隙耦合信號與第一個縫隙耦合信號之間有了相位差參考信號Pc經過T型結功分器分解成左右兩路一模一樣的信號，左邊一路信號與第一個縫隙耦合信號進行功率合成，得到合成功率PL，它是關于相位Φ的三角函數關系；而右邊一路信號與第二個縫隙耦合信號進行功率合成，得到合成功率PR，它是關于相位的三角函數關系；其中P3＝P1、P4＝P2，結合這兩個關系式，不僅可以得到相位Φ的大小，還可以得到相位的超前或滯后關系，實現了-180°～+180°的相位檢測。有益效果：在本專利技術中，采用了簡單新穎的縫隙耦合結構，這種結構能將小部分的毫米波信號耦合出來，并利用這部分耦合信號來實現頻率和相位的檢測，而大部分的信號能夠繼續在共面波導傳輸線傳輸線上傳播，其中功率分配和功率合成采用的是T型結功分器和T型結功合器結構，功率檢測器則采用了間接式熱電式功率傳感器，這些結構能非常有效的集成在一起，完美實現了未知頻率下的毫米波相位檢測。附圖說明圖1為本專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器的俯視圖圖2為本專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器中單刀雙擲開關的俯視圖圖3為本專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器中單刀雙擲開關AA’方向的剖面圖圖4為本專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器中T型結功分器和T型結功合器的俯視圖圖5為本專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器中間接式熱電式功率傳感器的俯視圖圖6為本專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器中間接式熱電式功率傳感器的剖面圖圖中包括：頻率檢測模塊1，相位檢測模塊2，高阻Si襯底3，二氧化硅層4，共面波導傳輸線傳輸線5，移相器6，縫隙耦合結構7-1，縫隙耦合結構7-2，縫隙耦合結構7-3，縫隙耦合結構7-4，終端電阻8，熱電堆9，P型半導體臂10，N型半導體臂11，歐姆接觸12，輸出電極13，扇形缺陷結構14，空氣橋15，襯底膜結構16，熱端17，冷端18，一號單刀雙擲開關19，二號單刀雙擲開關20，開關梁21，錨區22，Si3N4介質層23，開關下拉電極板24，第一端口1-1，第二端口1-2，第三端口1-3，第四端口1-4，第五端口1-5，第六端口1-6。具體實施方案本專利技術的硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器，其特征在于，該相位檢測器制作在高阻Si襯底(3)上，是由共面波導傳輸線(5)、一號縫隙耦合結構(7?1)、二號縫隙耦合結構(7?2)、三號縫隙耦合結構(7?3)、四號縫隙耦合結構(7?4)、移相器(6)、一號單刀雙擲開關(19)、二號單刀雙擲開關(20)、一個T型結功分器、三個T型結功合器以及五個間接式熱電式功率傳感器所構成，具體結構的連接關系如下：第一端口(1?1)是信號輸入端，一號縫隙耦合結構(7?1)和二號縫隙耦合結構(7?2)位于共面波導傳輸線(5)上側地線，三號縫隙耦合結構(7?3)和四號縫隙耦合結構(7?4)則位于共面波導傳輸線(5)下側地線，這兩對縫隙關于中心信號線對稱，它們之間由一個移相器(6)隔開，首先來看頻率檢測模塊(1)，一號縫隙耦合結構(7?1)連接到第二端口(1?2)，第二端口(1?2)與一號單刀雙擲開關(19)的輸入端相連，一號單刀雙擲開關(19)的輸出端分別連接到一號T型結功合器和一號間接式熱電式功率傳感器，同樣的，二號縫隙耦合結構(7?2)連接到第三端口(1?3)，第三端口(1?3)與二號單刀雙擲開關(20)的輸入端相連，二號單刀雙擲開關(20)的輸出端分別連接到一號T型結功合器和二號間接式熱電式功率傳感器，而一號T型結功合器的輸出端連接到三號間接式熱電式功率傳感器；再看相位檢測模塊(2)，三號縫隙耦合結構(7?3)與第四端口(1?4)相連，第四端口(1?4)連接到二號T型結功合器，四號縫隙耦合結構(7?4)與第五端口(1?5)相連，第五端口(1?5)連接到三號T型結功合器，參考信號通過四號T型結功分器的輸入端輸入，四號T型結功分器的輸出端分別連接到二號T型結功合器和三號T型結功合器，然后，二號T型結功合器的輸出端連接四號間接式熱電式功率傳感器，三號T型結功合器的輸出端連接五號間接式熱電式功率傳感器，第六端口(1?6)處連接著后續處理電路。...

【技術特征摘要】
1.一種硅基未知頻率縫隙耦合式T型結間接式毫米波相位檢測器，其特征在于，該相位檢測器制作在高阻Si襯底(3)上，是由共面波導傳輸線(5)、一號縫隙耦合結構(7-1)、二號縫隙耦合結構(7-2)、三號縫隙耦合結構(7-3)、四號縫隙耦合結構(7-4)、移相器(6)、一號單刀雙擲開關(19)、二號單刀雙擲開關(20)、一個T型結功分器、三個T型結功合器以及五個間接式熱電式功率傳感器所構成，具體結構的連接關系如下：第一端口(1-1)是信號輸入端，一號縫隙耦合結構(7-1)和二號縫隙耦合結構(7-2)位于共面波導傳輸線(5)上側地線，三號縫隙耦合結構(7-3)和四號縫隙耦合結構(7-4)則位于共面波導傳輸線(5)下側地線，這兩對縫隙關于中心信號線對稱，它們之間由一個移相器(6)隔開，首先來看頻率檢測模塊(1)，一號縫隙耦合結構(7-1)連接到第二端口(1-2)，第二端口(1-2)與一號單刀雙擲開關(19)的輸入端相連，一號單刀雙擲開關(19)的輸出端分別連接到一號T型結功合器和一號間接式熱電式功率傳感器，同樣的，二號縫隙耦合結構(7-2)連接到第三端口(1-3)，第三端口(1-3)與二號單刀雙擲開關(20)的輸入端相連，二號單刀雙擲開關(20)的輸出端分別連接到一號T型結功合器和二號間接式熱電式功率傳感器，而一號T型結功合器的輸出端連接到三號間接式熱電式功率傳感器；再看相位檢測模塊(2)，三號縫隙耦合結構(7-3)與第四端口(1-4)相連，第四端口(1-4)連接到二號T型結功合器，四號縫隙耦合結構(7-4)與第五端口(1-5)相連，第五端口(1-5)連接到三號T型結功合器，參考信號通過四號T型結功分器的輸入端輸入，四號T型結功分器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：廖小平，褚晨蕾，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32