T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器制造技术

本发明专利技术的T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器，检测器制备在高阻硅衬底上，由共面波导传输线、两个缝隙结构、T形结以及两个直接加热式微波功率传感器所构成。在微波信号传输的共面波导传输线的信号线两侧对称设置有两个缝隙结构，上侧的缝隙结构连接着直接加热式微波功率传感器，主要用于检测耦合出的信号的功率大小。由于上下耦合结构对称，所以耦合出的信号功率大小、相位等完全相等。下侧的缝隙结构连接着T形结以及直接加热式微波功率传感器，通过矢量合成法实现微波相位的在线式检测。本发明专利技术的创新之处在于利用缝隙结构实现了微波信号相位的在线式检测，并且由于耦合出的信号相比于待测信号而言小得多，因此对该微波信号影响不大。

T junction slot coupling on-line microwave phase detector

T junction slot coupled on-line microwave phase detector of the invention, the detector fabricated on high resistivity silicon substrate composed of a coplanar waveguide transmission line, two slot structure, T junction and two direct heating type microwave power sensor. Two signal lines in the coplanar waveguide transmission line of microwave signal transmission is provided with two symmetrical slot structure, the upper side of the slot structure is connected with direct heating type microwave power sensor is mainly used for power coupling of the signal detection. Because of the symmetrical structure of the upper and lower coupling, the signal power magnitude and phase of the coupling are exactly equal. The lower slot structure is connected with an T junction and a direct heating microwave power sensor, and the microwave phase on-line detection is realized by the vector synthesis method. The innovation lies in the realization of the on-line detection of microwave signal phase by the gap structure, and the signal coupling compared to the measured signal is much smaller, therefore has little effect on the microwave signal.

【技术实现步骤摘要】
T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器
本专利技术提出了T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器，属于微电子机械系统(MEMS)的

技术介绍
在微波领域中，微波信号相位测量占有十分重要的地位。微波相位检测器广泛应用于个人通信、军事国防和科学研究等方面。随着频率的增加，信号的波长与电路中各种元器件尺寸逐步接近，电路中电压、电流都以波的形式存在，信号的相位延迟使得电路中不仅不同位置处的电压、电流在同一时刻振幅各不相同，而且同一位置处的电压、电流在不同时刻也各不相同。因此在微波频段掌握并控制信号的相位是很有必要的，微波信号的相位也就成了一个重要的测量参数。本专利技术即是基于Si工艺设计一种T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提出一种T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器，本专利技术采用了缝隙结构耦合微波信号，在功率合成方面采用T形结，在微波信号的功率检测方面采用直接加热式微波功率传感器，在微波相位检测方面采用矢量合成法，从而实现了在线式微波相位检测。技术方案：本专利技术的T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器，微波相位检测器由共面波导传输线、两个关于共面波导传输线的信号线对称的缝隙结构、T形结以及两个直接加热式微波功率传感器所构成，如附图1所示。微波的相位检测采用的是矢量合成法，将参考信号和待测信号通过T形结合成后由余弦函数式计算出微波信号的相位。共面波导传输线由共面波导传输线的信号线和地线构成，共面波导传输线的信号线上侧的缝隙结构通过直接加热式微波功率传感器的共面波导传输线的信号线连接直接加热式微波功率传感器1，下侧的缝隙结构通过T形结的第一共面波导传输线的信号线连接T形结的一个输入端，另一个输入端通过T形结的第二共面波导传输线的信号线连接参考信号输入端口，T形结的输出端口通过T形结的第三共面波导传输线的信号线连接直接加热式微波功率传感器2。T形结包括第一空气桥、第二空气桥、第三空气桥、第一共面波导传输线的信号线、第二共面波导传输线的信号线、第三共面波导传输线的信号线，为三端口器件，可用于功率合成，无需隔离电阻，其中第一空气桥、第二空气桥、第三空气桥用于共面波导传输线的地线之间的互连，同时为了方便这三个空气桥的释放，在其上制作了一组小孔阵列。直接加热式微波功率传感器包括半导体热偶臂、终端电阻、直流输出块、隔绝直流电容、共面波导传输线的信号线，其作用主要是基于塞贝克效应来检测待测微波信息的功率大小。有益效果：本专利技术是T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器，微波相位检测器采用了缝隙结构，这种结构能将小部分的微波信号耦合出来，并利用这部分耦合信号来实现微波相位的在线式检测，而大部分的信号能够继续在共面波导上传播并进行后续信号处理。附图说明图1为本专利技术的T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器俯视图；图2为图1T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器的A-A’剖面图；图3为图1T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器的B-B’剖面图；图中包括：高阻硅衬底1，共面波导传输线的信号线2、地线3，缝隙结构4，缝隙结构5，直接加热式微波功率传感器1的半导体热偶臂6、终端电阻7、直流输出块8、隔绝直流电容9、共面波导传输线的信号线10，T形结的第一空气桥11、第二空气桥12、第三空气桥13、第一共面波导传输线的信号线14、第二共面波导传输线的信号线15、第三共面波导传输线的信号线16，直接加热式微波功率传感器2的半导体热偶臂17终端电阻18、直流输出块19、隔绝直流电容20，SiO2层21。在高阻硅衬底1上制备一层SiO2层21，在SiO2层21上设有共面波导传输线、缝隙结构4和缝隙结构5、间接热电式微波功率传感器1和间接热电式微波功率传感器2。具体实施方式本专利技术的T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器是由共面波导传输线、两个关于共面波导传输线的信号线2对称的缝隙结构4和缝隙结构5、T形结以及两个直接加热式微波功率传感器所构成的，如附图1所示。采用直接加热式微波功率传感器检测微波信号的功率，采用矢量合成法进行微波信号的相位检测，将参考信号和待测信号采用T形结合成后由余弦函数式计算出待测微波信号的相位。共面波导传输线由共面波导传输线的信号线2和地线3构成，在共面波导传输线的信号线2两侧对称分别设有一个缝隙结构4和缝隙结构5，上侧的缝隙结构4通过直接加热式微波功率传感器1的共面波导传输线的信号线10连接直接加热式微波功率传感器。下侧的缝隙结构5通过T形结的第一共面波导传输线的信号线14连接T形结的一个输入端，另一个输入端通过T形结的第二共面波导传输线的信号线15连接参考信号输入端口，T形结的输出端通过T形结的共面波导传输线的信号线16连接直接加热式微波功率传感器2。T形结包括第一空气桥11、第二空气桥12、第三空气桥13、第一共面波导传输线的信号线14、第二共面波导传输线的信号线15、第三共面波导传输线的信号线16，为三端口器件，可用于功率合成，无需隔离电阻，其中第一空气桥11、第二空气桥12、第三空气桥13用于共面波导传输线的地线3之间的互连，同时为了方便这三个空气桥的释放，在其上制作了一组小孔阵列。直接加热式微波功率传感器1包括半导体热偶臂6、终端电阻7、直流输出块8、隔绝直流电容9、共面波导传输线的信号线10；直接加热式微波功率传感器2包括半导体热偶臂17终端电阻18、直流输出块19、隔绝直流电容20。直接加热式微波功率传感器的基本工作原理是基于塞贝克效应，所谓塞贝克效应就是由A、B两种不同的导体一端紧密地连在一起，当两接点温度不等(T>T0，T和T0分别为热端和冷端的温度)时，在另一端两点处就会产生电势，从而形成电流，这一现象又称为热电效应，该电动势称为热电势。本专利技术提出了一种T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器，当待测微波信号在共面波导传输线上传输时，共面波导传输线的信号线2两侧对称的缝隙结构4和缝隙结构5能够耦合出小部分信号，这部分被耦合出的小信号拥有与待测信号相同的相位。上侧缝隙结构4将耦合出的信号由直接加热式微波功率传感器1的共面波导传输线的信号线10传输向直接加热式微波功率传感器1，基于塞贝克效应以直流输出电压V1的形式输出检测结果，可推算出该耦合信号的功率P1。由对称性可知，下侧的缝隙结构5耦合出的信号功率也是P1。由T形结将功率为P2、对应直流输入电压为V2的参考信号和功率为P1、对应直流输出电压为V1的下侧缝隙结构5耦合出的信号进行功率矢量合成，合成后的信号利用直接加热式微波功率传感器检测得到直流输出电压V3，可推算出该合成功率为P3。它们之间满足关于的余弦函数式：其中是待测信号和参考信号的相位差。基于公式(1)最终可以推导出:同时，由于缝隙结构4和缝隙结构5耦合出来的信号功率很小，大部分的信号能够继续通过共面波导向后传播并进行后续的信号处理，从而实现了在线式微波相位的检测。本专利技术的T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器的制备方法为：1)准备4英寸高阻Si衬底，电阻率为4000Ω·cm，厚度为400mm；2)热生长一层厚度为1.2mm的SiO2层；3)化学气相淀积(CVD)生长一层多晶硅，厚度为0.4mm；4)涂覆一层光刻胶并光刻，除多晶硅电阻区域以外，其他区域被光刻胶保护，并注入磷(P)离子，掺杂浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器，其特征是在高阻硅衬底(1)上制作SiO

【技术特征摘要】
1.一种T形结缝隙耦合在线式微波相位检测器，其特征是在高阻硅衬底(1)上制作SiO2层(21)，在SiO2层(21)上设有共面波导传输线、关于共面波导传输线的信号线(2)对称的缝隙结构(4)和缝隙结构(5)、T形结以及直接加热式微波功率传感器1和直接加热式微波功率传感器2，所述的共面波导传输线由共面波导传输线的信号线(2)和地线(3)构成，共面波导传输线的信号线(2)上侧的缝隙结构(4)通过直接加热式微波功率传感器1的共面波导传输线的信号线(10)连接直接加热式微波功率传感器1，下侧的缝隙结构(5)通过T形结的第一共面波导传输线的信号线(14)连接T形结的一个输入端，另一个输入端通过T形结的第二共面波导传输线的信号线(15)连接参考信号输入端口，T形结的输出端口通过T形结的第三共面波导传输线的信号线(16)连接直接加热式微波功率传感器2。2.根据权利要求1所述的T形结缝隙耦合在线式微波相...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，严德洋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32