缝隙结构耦合在线式微波相位检测器制造技术

本发明专利技术的缝隙结构耦合在线式微波相位检测器，检测器是一个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、功合器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。下侧的缝隙结构连接着功合器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。

【技术实现步骤摘要】
缝隙结构耦合在线式微波相位检测器
本专利技术提出了缝隙结构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
随着雷达和天线等技术的发展，微波相位的测量变得越来越重要，微波相位检测系统的研究也为人们越来越重视。目前，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。当前广泛采用的微波相位检测技术按原理可划分为：二极管结构、吉尔伯特乘法器结构和矢量合成法。他们的优点是精度高，宽频带，但是无法实现在线式检测，并且结构相对复杂，体积相对较大。为了解决上述微波相位检测器的问题，本专利技术在高阻硅衬底上设计了缝隙结构耦合在线式微波相位检测器。它利用了缝隙结构来实现相位检测，结构简单，便于实现，同时提高了系统的集成度，能够实现在线式检测，效率较高。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提出一种缝隙结构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：本专利技术的缝隙结构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、功合器以及两个直接加热式微波功率传感器所构成。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功合器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；直接加热式微波功率传感器由半导体热偶臂、终端电阻、直流输出块、隔绝直流电容和共面波导传输线的信号线构成；功合器由不对称共面带线ACPS信号线、隔离电阻、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和第三共面波导传输线的信号线构成。两个缝隙结构对称分局共面波导传输线的信号线两侧，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1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，共面波导传输线的信号线下侧的缝隙结构通过功合器的第一共面波导传输线的信号线连接功合器的输入端，功合器的另一个输入端通过功合器的第二共面波导传输线的信号线连接参考信号输入端口，功合器输出端口通过功合器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。有益效果：本专利技术是缝隙结构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为本专利技术的缝隙结构耦合在线式微波相位检测器俯视图；图2为图1缝隙结构耦合在线式微波相位检测器的A-A’剖面图；图3为图1缝隙结构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，共面波导的信号线2、地线3，缝隙结构4，缝隙结构5，功合器的ACPS信号线6、隔离电阻7、第一共面波导的信号线8、第二共面波导的信号线9、第三共面波导的信号线10，直接加热式微波功率传感器1的半导体热偶臂11、终端电阻12、直流输出块13、隔绝直流电容14、共面波导的信号线15，直接加热式微波功率传感器2的半导体热偶臂16、终端电阻17、直流输出块18、隔绝直流电容19，SiO2层20。在高阻硅衬底1上制备一层SiO2层16，在SiO2层16上设有共面波导传输线、缝隙结构4、缝隙结构5、功合器以及直接加热式微波功率传感器。具体实施方式本专利技术的缝隙结构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、功合器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功合器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耦合的微波信号由直接加热式微波功率传感器的共面波导传输线的信号线15传输向直接加热式微波功率传感器1，下侧的缝隙结构5通过功合器的共面波导传输线的信号线8连接着微波相位检测系统。微波相位检测系统由共面波导传输线、功合器和直接加热式微波功率传感器构成。功合器由ACPS信号线6、隔离电阻7、第一共面波导传输线的信号线8、第二共面波导传输线的信号线9和第三共面波导传输线的信号线10组成；直接加热式微波功率传感器1由半导体热偶臂11、终端电阻12、直流输出块13和隔绝直流电容14、共面波导传输线的信号线15组成；直接加热式微波功率传感器2由半导体热偶臂16、终端电阻17、直流输出块18和隔绝直流电容19组成。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。本专利技术提供了一种缝隙结构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能够耦合出部分信号，这部分被耦合出的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15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。由功合器将从参考信号输入端口输入的功率为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2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。本专利技术的缝隙结构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，掺杂浓度为1015cm-2，形成隔离电阻和终端电阻；5)涂覆一层光刻胶，光刻多晶硅电阻图形涂覆一层光刻胶，光刻多晶硅电阻图形，再通过干法刻蚀形成隔离电阻和终端电阻；6)涂覆一层光刻胶，光刻去除共面波导传输线、ACPS信号线和输出电极处的光刻胶；7)电子束蒸发(EBE)形成第一层金(Au)，厚度为0.3mm，去除光刻胶以及光刻胶上的Au，剥离形成传输线的第一层Au、隔绝直流电容下极板，以及输出电极；8)涂覆一层光刻胶，光刻并保留隔绝直流电容；9)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种缝隙结构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】
1.一种缝隙结构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(20)，在SiO2层(20)上设有共面波导传输线、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)、功合器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，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(15)连接直接加热式微波功率传感器1，共面波导传输线的信号线(2)下侧的缝隙结构(5)通过功合器的第一共面波导传输线的信号线(8)连接功合器的输入端，功合器的另一个输入端通过功合器的第二共面波导传输线的信号线(9)连接参考信号输入端口，功合器输出端口通过功合器的第三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2。2.根据权利要求1...

【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