自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统技术方案

本发明专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统，主要由六端口悬臂梁耦合器，微波频率检测模块，微波相位检测模块以及微波功率检测和解调模块四部分组成；自适应雷达由天线、收发转换电路、MEMS微波检测和解调单片集成系统、信号存储器、信号分析器、微波信号重构、微波信号调制器和微波信号功率放大器构成。间接加热式微波功率传感器采用多晶硅纳米线簇构成热电偶臂，热导率低于传统体材料，具有热电转化效率高的优点，可以大大提高微波检测系统的灵敏度，能够完成对微波信号进行功率、频率、相位的同时同步检测以及对已调制信号的解调，实现了自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统。

Adaptive Radar ratio method for cantilever beam micro nano detection and demodulation monolithic system

The Adaptive Radar ratio method is composed of six port cantilever beam coupler, microwave frequency detection module, microwave phase detection module and microwave power detection and demodulation module, and the adaptive radar is measured by the sky line, the transceiver conversion circuit, and the MEMS microwave detection. And demodulation monolithic integrated system, signal memory, signal analyzer, microwave signal reconstruction, microwave signal modulator and microwave signal power amplifier. The indirect heating microwave power sensor uses polysilicon nanoclusters to form a thermocouple arm. The thermal conductivity is lower than the traditional material and has the advantages of high efficiency of thermoelectric conversion. It can greatly improve the sensitivity of the microwave detection system, and can synchronously detect the power, frequency and phase of the microwave signal. Modulation signal demodulation, the realization of Adaptive Radar ratio method cantilever beam micro nano detection and demodulation monolithic system.

【技术实现步骤摘要】
自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统
本专利技术提出了自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统，属于微纳电子机械系统的

技术介绍
雷达作为一种有效的传感器，获取信息的过程是一种与环境的相互作用。但是在复杂多变的环境中，传统雷达难以获得良好的性能，因此催生出了自适应雷达。自适应雷达可以智能化地根据环境条件改变信息处理方式，而这一项技术则对微波技术中的信号功率相位频率的检测提出了很高的要求。但是现今在微波技术工程中，对微波信号的检测都是利用一些大型器件进行测量，存在着体积大、功耗高、频带窄，以及集成度低着一系列问题，而我们的重点在于微波信号的功率、相位和频率等参数的测量。另外，对微波已调制信号的解调也是重点之一。对于较复杂一些的微波已调制信号，传统的通讯技术又要利用另一套系统进行解调，这同样会引起上述问题，同时还增加了很多成本。在热电堆技术方面，以纳米热电偶作为替代，所采用的多晶硅纳米线簇热导率低于传统体材料，提高了能量的使用效率，减少能源的浪费。最后，为了实现在对微波信号的功率、相位和频率的集成，以及对同一时刻的微波信号的功率、频率和相位同时同步检测，以满足自适应雷达实时匹配通讯的要求，还能进行对输入的已调制信号的解调，本专利技术提出了基于硅工艺的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统，应用六端口悬臂梁耦合器端口来耦合连接微波信号检测功能模块和解调模块，从而实现了一个芯片同时对微波信号的功率、频率、相位三种微波参量的检测以及对已调制信号的解调。技术方案：本专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统，主要由六端口悬臂梁耦合器，微波频率和功率检测模块，微波相位检测模块以及解调模块组成；六端口悬臂梁耦合器的第一端口到第三端口、第五端口以及第一端口到第四端口、第六端口的功率耦合度分别相同，待测信号经第一端口输入，由第二端口输出到第一间接加热式微波功率检测器，进行已调制信号的解调；由第三端口和第四端口分别输出到微波频率和功率检测模块的第二间接加热式微波功率传感器和第三间接加热式微波功率传感器，进行频率和功率的同步检测；由第五端口和第六端口分别输出到微波相位检测模块的第一Wilkinson功率合成器和第二Wilkinson功率合成器的一端，并由Wilkinson功率分配器的两个输出端分别连接到第一Wilkinson功率合成器和第二Wilkinson功率合成器的另一端，而第一Wilkinson功率合成器和第二Wilkinson功率合成器的输出端连接到第四间接加热式微波功率检测器和第五间接加热式微波功率检测器，进行微波相位检测；由以上结构，实现了同时对微波信号进行功率、频率、相位的检测以满足自适应雷达实时匹配通讯的要求，以及对已调制信号的解调。本专利技术面向的自适应雷达由收发天线、收发转换电路、自适应雷达接收系统和自适应雷达发射系统组成，自适应雷达接收系统由MEMS微波检测和解调单片集成系统、信号存储器和信号分析器级联构成，实现对未知雷达信号的检测和分析；自适应雷达发射系统由微波信号重构、微波信号调制器和微波信号功率放大器构成，实现对未知雷达信号的调制和转发。其中，六端口悬臂梁耦合器由共面波导，介质层，空气层和两块对称横跨在其上方悬臂梁构成；共面波导制作在SiO2层上，悬臂梁的下方即CPW的上方沉积介质层，并与空气层、悬臂梁共同构成耦合电容结构，两个悬臂梁之间的共面波导长度为λ/4；有益效果：1)本专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统中，对微波信号的功率、频率、相位三种检测模块进行了集成，以及对同一时刻的微波信号的功率、频率和相位同时同步检测，以满足自适应雷达实时匹配通讯的要求，和对已调制信号的解调，并降低了功耗和成本；2)本专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统中，应用间接加热式微波功率传感器的非线性特性和低通滤波特性对已调制信号进行解调，避免了使用乘法器和振荡器所带来的对体积和复杂程度的影响；3)本专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统通过比值法测量频率，提高了输出电压抗噪声和干扰的能力，精确度得到有效提升。4)本专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统中的间接加热式微波功率传感器为固态能量转换器，没有可动部件，可靠性高，使用寿命长，无需维护，工作时不会产生噪音，同时所采用的多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，提高了热电转换效率,大大地增大输出电压。。附图说明图1为自适应雷达的总体结构组成框图，图2为本专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统的原理框图，图3为六端口悬臂梁耦合器的俯视图，图4为图3六端口悬臂梁耦合器的AA’方向剖面图，图5为Wilkinson功率分配/合成器的俯视图，图6为间接加热式微波功率传感器的俯视图，图7为图6间接加热式微波功率传感器的AA’方向剖面图。图8为图6间接加热式微波功率传感器27框中的多晶硅纳米线簇剖面图。图中包括：六端口悬臂梁耦合器1，微波频率和功率检测模块2，解调模块3，微波相位检测模块4，第一端口1-1，第二端口1-2，第三端口1-3，第五端口1-5，第四端口1-4，第六端口1-6，第七一端口2-1，第八端口2-2，第九端口2-3，第一间接加热式微波功率传感器5-1，第二间接加热式微波功率传感器5-2，第三间接加热式微波功率传感器5-3，第四间接加热式微波功率传感器5-4，第五间接加热式微波功率传感器5-5，第一Wilkinson功率合成器6-1，第二Wilkinson功率合成器6-2，Wilkinson功率分配器7，Si衬底8，介质层9,悬臂梁10，空气层11，SiO2层12，共面波导13，锚区14，隔离电阻15，空气桥16，非对称共面带线17，终端电阻18，N型半导体臂19，P型半导体臂20，输出电极21，热端22，冷端23，衬底薄膜结构24，金属臂25，PMMA26，多晶硅纳米线簇27，MEMS微波检测和解调单片集成系统28，信号存储器29，信号分析器30，微波信号重构31，微波信号调制器32，微波信号功率放大器33，自适应雷达接收系统34，自适应雷达发射系统35，天线36，收发转换电路37。具体实施方式本专利技术面向的自适应雷达由天线36、收发转换电路37、自适应雷达接收系统34和自适应雷达发射系统35组成，自适应雷达接收系统34由MEMS微波检测和解调单片集成系统28、信号存储器29和信号分析器30级联构成，实现对未知雷达信号的检测和分析；自适应雷达发射系统35由微波信号重构31、微波信号调制器32和微波信号功率放大器33构成，实现对未知雷达信号的调制和转发。本专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统由六端口悬臂梁耦合器1，微波频率和功率检测模块2，解调模块3，微波相位检测模块4级联构成；六端口悬臂梁耦合器1由共面波导13，介质层9，空气层11和悬臂梁10构成；共面波导13制作在SiO2层12上，悬臂梁10的锚区14制作在共面波导13上，悬臂梁10的下方沉积有介质层9，并与空气层11、悬臂梁10共同构成耦合电容结构，两个悬臂梁10之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统，其特征在于该单片系统包括六端口悬臂梁耦合器(1)，微波频率和功率检测模块(2)，解调模块(3)，微波相位检测模块(4)；其中六端口悬臂梁耦合器(1)的第一端口(1‑1)到第三端口(1‑3)和第五端口(1‑5)的耦合度相同，到第四端口(1‑4)、第六端口(1‑6)的功率耦合度也相同；待测信号经第一端口(1‑1)输入，由第二端口(1‑2)输出到第一间接加热式微波功率检测器(5‑1)，利用第一间接加热式微波功率检测器(5‑1)的二阶非线性特性的乘法作用和低通滤波特性，进行已调制信号的解调；由第三端口(1‑3)和第四端口(1‑4)分别输出到微波频率和功率检测模块(2)的第二间接加热式微波功率传感器(5‑2)和第三间接加热式微波功率传感器(5‑3)，进行频率和功率的同步检测；由第五端口(1‑5)和第六端口(1‑6)分别输出到微波相位检测模块(4)的第一Wilkinson功率合成器(6‑1)和第二Wilkinson功率合成器(6‑2)的一端，并由Wilkinson功率分配器(7)的两个输出端分别连接到第一Wilkinson功率合成器(6‑1)和第二Wilkinson功率合成器(6‑2)的另一端，而第一Wilkinson功率合成器(6‑1)和第二Wilkinson功率合成器(6‑2)的输出端连接到第四间接加热式微波功率检测器(5‑4)和第五间接加热式微波功率检测器(5‑5)，进行相位检测；由以上结构，实现了对同一时刻的微波信号的功率、频率和相位同时同步检测，以满足自适应雷达实时匹配通讯的要求，以及对已调制信号的解调；本专利技术的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统中的Si衬底(8)，SiO2层(12)，共面波导(13)，终端电阻(18)，P型半导体臂(20)，N型半导体臂(19)，输出电极(21)构成间接加热式微波功传感器；微波功率通过CPW即共面波导(13)输入到终端电阻(18)转换为热能；热电堆采用纳米结构的N型和P型多晶硅纳米线簇(27)构成了热电偶的半导体臂，多晶硅纳米线簇(27)由深紫外光刻形成，直径为1‑100nm，高度为2‑10um，采用的纳米热电偶所用的材料热导率大大低于传统体材料，可以有效提高热电转换效率，大大提高微波检测系统的灵敏度，根据Seebeck效应，通过测量输出电极(21)的热电势可知输入微波功率大小。...

【技术特征摘要】
1.一种自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统，其特征在于该单片系统包括六端口悬臂梁耦合器(1)，微波频率和功率检测模块(2)，解调模块(3)，微波相位检测模块(4)；其中六端口悬臂梁耦合器(1)的第一端口(1-1)到第三端口(1-3)和第五端口(1-5)的耦合度相同，到第四端口(1-4)、第六端口(1-6)的功率耦合度也相同；待测信号经第一端口(1-1)输入，由第二端口(1-2)输出到第一间接加热式微波功率检测器(5-1)，利用第一间接加热式微波功率检测器(5-1)的二阶非线性特性的乘法作用和低通滤波特性，进行已调制信号的解调；由第三端口(1-3)和第四端口(1-4)分别输出到微波频率和功率检测模块(2)的第二间接加热式微波功率传感器(5-2)和第三间接加热式微波功率传感器(5-3)，进行频率和功率的同步检测；由第五端口(1-5)和第六端口(1-6)分别输出到微波相位检测模块(4)的第一Wilkinson功率合成器(6-1)和第二Wilkinson功率合成器(6-2)的一端，并由Wilkinson功率分配器(7)的两个输出端分别连接到第一Wilkinson功率合成器(6-1)和第二Wilkinson功率合成器(6-2)的另一端，而第一Wilkinson功率合成器(6-1)和第二Wilkinson功率合成器(6-2)的输出端连接到第四间接加热式微波功率检测器(5-4)和第五间接加热式微波功率检测器(5-5)，进行相位检测；由以上结构，实现了对同一时刻的微波信号的功率、频率和相位同时同步检测，以满足自适应雷达实时匹配通讯的要求，以及对已调制信号的解调；本发明的自适应雷达比值法悬臂梁微纳微波检测和解调单片系统中的Si衬底(8...

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