硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器制造技术

本发明专利技术的硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器是由共面波导、缝隙耦合结构、移相器、Wilkinson功分器、Wilkinson功合器以及间接式热电式功率传感器所构成，整个结构基于高阻Si衬底制作，一共设置有四个缝隙耦合结构，上方的两个缝隙耦合结构连接着两个间接式热电式功率传感器，下方的两个缝隙耦合结构实现信号的相位测量，在前后缝隙之间设置有一个移相器；Wilkinson功分器和Wilkinson功合器是由共面波导、非对称共面带线和一个电阻组成；间接式热电式功率传感器主要由共面波导、两个电阻以及热电堆所构成，热电堆是由两种不同的半导体臂级联组成，它能够将终端电阻所散发的热量转换成热电势，该结构成本较低，而且效率也大大提高了。

Gap coupling indirect millimeter wave phase detector with known frequency of silicon substrate

Silicon known frequency slot coupled type indirect type millimeter wave phase detector of the invention is composed of a coplanar waveguide, coupling structure, phase shifter, Wilkinson power divider, Wilkinson power combiner and indirect type thermoelectric power sensor is composed of high resistivity Si substrate based on the structure of the whole production, set a total of four slot coupled structure two, above the slot coupling structure is connected to two indirect type thermoelectric power sensor, two slot coupled structure below the realization of phase measurement signal, a phase shifter is arranged in the gap between before and after; Wilkinson power divider and Wilkinson power combiner is composed of coplanar waveguide, asymmetrical coplanar stripline and a resistor; indirect type thermoelectric power sensor is mainly composed of a coplanar waveguide and a two resistor and a thermopile, thermopile is composed of two cascaded semiconductor different arm The utility model has the advantages that the heat generated by the terminal resistance can be converted into a thermal electric potential, the structure is low in cost, and the efficiency is also greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器
本专利技术提出了硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器，属于微电子机械系统(MEMS)的

技术介绍
随着信息技术的不断发展，信号的检测技术也跟随着时代的步伐不断前进着，众所周知，一个信号拥有基本的三大要素分别为频率、相位和功率，对信号的这三大要素的检测是信号检测技术的重中之重，多年以来，人们对低频信号的测量技术已经非常成熟了，但是随着信号频率的增加，高频信号的测量技术也在经历着不断的发展和完善。毫米波信号是一种位于微波信号和光信号之间的高频率信号，对于一个已知频率的毫米波信号，对该信号的相位检测是一项非常重要的技术，这种毫米波相位测量技术在在军事、航天航空以及通信领域都有着非常广泛的潜在应用价值。现有的一些相位检测器不仅结构复杂、成本较高，而且大多无法进行在线式的测量，集成度不高，效率偏低，已经无法满足日异月新的信息科技时代。随着对共面波导缝隙耦合结构、Wilkinson功分器、Wilkinson功合器以及间接式热电式功率传感器的深入研究，为了解决上述相位检测器的问题，本专利技术在高阻Si衬底上设计了一种在已知频率下的毫米波在线相位检测器，它利用了新颖的共面波导缝隙耦合技术来实现相位测量，大大提高了集成度，并且结构简单，能够实现在线式的测量，效率较高。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器，本专利技术采用了共面波导缝隙耦合结构来进行相位检测，在功率分配和功率合成方面则采用了Wilkinson功分器和Wilkinson功合器的结构，在合成信号的功率测量方面则采用了间接式热电式功率传感器，从而实现了毫米波的在线相位检测。技术方案：本专利技术的硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器主要是由共面波导、一号缝隙耦合结构、二号缝隙耦合结构、三号缝隙耦合结构、四号缝隙耦合结构、移相器、一个Wilkinson功分器、二个Wilkinson功合器以及四个间接式热电式功率传感器所构成，具体结构的连接关系如下：第一端口是信号输入端，一号缝隙耦合结构和二号缝隙耦合结构位于共面波导上侧地线，三号缝隙耦合结构和四号缝隙耦合结构则位于共面波导下侧地线，这两对缝隙关于中心信号线对称，它们之间由一个移相器隔开，一号缝隙耦合结构连接到第二端口，第二端口与一号间接式热电式功率传感器相连，同样的，二号缝隙耦合结构连接到第三端口，第三端口与二号间接式热电式功率传感器连接；再看相位检测模块，三号缝隙耦合结构与第四端口相连，第四端口连接到一号Wilkinson功合器，四号缝隙耦合结构与第五端口相连，第五端口连接到二号Wilkinson功合器，参考信号通过三号Wilkinson功分器的输入端输入，三号Wilkinson功分器的输出端分别连接到一号Wilkinson功合器和二号Wilkinson功合器，然后，一号Wilkinson功合器的输出端连接三号间接式热电式功率传感器，二号Wilkinson功合器的输出端连接四号间接式热电式功率传感器，第六端口处连接着后续处理电路。对于相位检测模块，它主要由两个缝隙耦合结构、一段移相器、两个Wilkinson功合器、一个Wilkinson功分器以及两个间接式热电式功率传感器所构成，毫米波信号首先经过第一个缝隙耦合结构耦合出小部分的信号P3，然后经过一段移相器之后再由另一个缝隙耦合结构耦合出部分的信号P4，由于缝隙尺寸相同，所以P3＝P1、P4＝P2，且这两个耦合信号的初始相位都为Φ，并且它们之间产生了一定的相位差实际上这段移相器就是一段共面波导传输线，它的长度设置为以中心频率f0为35GHz处波长的1/4，此时相位差刚好是90°，在不同的频率f下，相位差是频率f的函数：其中f为毫米波信号的频率，c为光速，εer为传输线的相对介电常数，ΔL为移相器的长度。对于已知的频率f，根据函数关系式就能得到相位差的大小，已知频率的参考信号Pc经过Wilkinson功分器分解成左右两路一模一样的信号，左边一路信号与第一个缝隙耦合信号进行功率合成，得到合成功率PL，它是关于相位Φ的三角函数关系；而右边一路信号与第二个缝隙耦合信号进行功率合成，得到合成功率PR，它是关于相位的三角函数关系：结合这两个关系式，只要测得左右两路合成信号的功率大小，不仅可以得到相位Φ的大小，还可以得到相位的超前或滞后关系。有益效果：在本专利技术中，在毫米波频率已知的情况下，采用了简单新颖的缝隙耦合结构来进行相位检测，这种结构能将小部分的毫米波信号耦合出来，并利用这部分耦合信号来测量相位，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，其中功分器和功合器采用的Wilkinson功分器和Wilkinson功合器结构，功率检测器则采用了间接式热电式功率传感器，完美地实现了已知频率下的毫米波在线相位测量，大大的提高了信号检测的效率。附图说明图1为本专利技术的硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器的俯视图图2为本专利技术的硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器中Wilkinson功分器和Wilkinson功合器的俯视图图3为本专利技术的硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器中间接式热电式功率传感器的俯视图图4为本专利技术的硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器中间接式热电式功率传感器的剖面图图中包括：相位检测模块1，共面波导2，移相器3，缝隙耦合结构4-1，缝隙耦合结构4-2，缝隙耦合结构4-3，缝隙耦合结构4-4，电阻5，热电堆6，P型半导体臂7，N型半导体臂8，欧姆接触9，输出电极10，高阻Si衬底11，SiO2层12，非对称共面带线13，空气桥14，衬底膜结构15，热端16，冷端17，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。具体实施方案本专利技术的硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器是基于高阻Si衬底11制作的，是由共面波导2、一号缝隙耦合结构4-1、二号缝隙耦合结构4-2、三号缝隙耦合结构4-3、四号缝隙耦合结构4-4、移相器3、一个Wilkinson功分器、二个Wilkinson功合器以及四个间接式热电式功率传感器所构成。Wilkinson功分器和Wilkinson功合器的结构是相同的，主要由共面波导2、非对称共面带线13和电阻5构成，其中两条长度相同的非对称共面带线13能够将共面波导2上的毫米波信号分为相等的两部分，而电阻5位于两条非对称共面带线13的末端。采用间接式热电式功率传感器来实现热电转换，它主要由共面波导2、两个电阻5以及热电堆6所构成，而热电堆6又是由P型半导体臂7和N型半导体臂8通过欧姆接触9级联组成，其中共面波导2与两个电阻5相连，而热电堆6与终端电阻5之间有一段间隔。具体结构的连接关系如下：第一端口1-1是信号输入端，一号缝隙耦合结构4-1和二号缝隙耦合结构4-2位于共面波导2上侧地线，三号缝隙耦合结构4-3和四号缝隙耦合结构4-4则位于共面波导2下侧地线，这两对缝隙关于中心信号线对称，它们之间由一个移相器3隔开，一号缝隙耦合结构4-1连接到第二端口1-2，第二端口1-2与一号间接式热电式功率传感器相连，同样的，二号缝隙耦合结构4-2连接到第三端口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器，其特征在于，该相位检测器制作在高阻Si衬底(11)上，是由共面波导(2)、一号缝隙耦合结构(4‑1)、二号缝隙耦合结构(4‑2)、三号缝隙耦合结构(4‑3)、四号缝隙耦合结构(4‑4)、移相器(3)、一个Wilkinson功分器、二个Wilkinson功合器以及四个间接式热电式功率传感器所构成，具体结构的连接关系如下：第一端口(1‑1)是信号输入端，一号缝隙耦合结构(4‑1)和二号缝隙耦合结构(4‑2)位于共面波导(2)上侧地线，三号缝隙耦合结构(4‑3)和四号缝隙耦合结构(4‑4)则位于共面波导(2)下侧地线，这两对缝隙关于中心信号线对称，它们之间由一个移相器(3)隔开，一号缝隙耦合结构(4‑1)连接到第二端口(1‑2)，第二端口(1‑2)与一号间接式热电式功率传感器相连，同样的，二号缝隙耦合结构(4‑2)连接到第三端口(1‑3)，第三端口(1‑3)与二号间接式热电式功率传感器连接；再看相位检测模块(1)，三号缝隙耦合结构(4‑3)与第四端口(1‑4)相连，第四端口(1‑4)连接到一号Wilkinson功合器，四号缝隙耦合结构(4‑4)与第五端口(1‑5)相连，第五端口(1‑5)连接到二号Wilkinson功合器，参考信号通过三号Wilkinson功分器的输入端输入，三号Wilkinson功分器的输出端分别连接到一号Wilkinson功合器和二号Wilkinson功合器，然后，一号Wilkinson功合器的输出端连接三号间接式热电式功率传感器，二号Wilkinson功合器的输出端连接四号间接式热电式功率传感器，第六端口(1‑6)处连接着后续处理电路。...

【技术特征摘要】
1.一种硅基已知频率缝隙耦合式间接式毫米波相位检测器，其特征在于，该相位检测器制作在高阻Si衬底(11)上，是由共面波导(2)、一号缝隙耦合结构(4-1)、二号缝隙耦合结构(4-2)、三号缝隙耦合结构(4-3)、四号缝隙耦合结构(4-4)、移相器(3)、一个Wilkinson功分器、二个Wilkinson功合器以及四个间接式热电式功率传感器所构成，具体结构的连接关系如下：第一端口(1-1)是信号输入端，一号缝隙耦合结构(4-1)和二号缝隙耦合结构(4-2)位于共面波导(2)上侧地线，三号缝隙耦合结构(4-3)和四号缝隙耦合结构(4-4)则位于共面波导(2)下侧地线，这两对缝隙关于中心信号线对称，它们之间由一个移相器(3)隔开，一号缝隙耦合结构(4-1)连接到第二端口(1-2)，第二端口(1-2)与一号间接式热电式功率传感器相连，同样的，二号缝隙耦合结构(4-2)连接到第三端口(1-3)，第三端口(1-3)与二号间接式热电式功率传感器连接；再看相位检测模块(1)，三号缝隙耦合结构(4-3)与第四端口(1-4)相连，第四端口(1-4)连接到一号Wilkinson功合器，四号缝隙耦合结构(4-4)与第五端口(1-5)相连，第五端口(1-5)连接到二号Wil...

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