硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器制造技术

本发明专利技术的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器是由共面波导传输线、缝隙耦合结构、移相器、单刀双掷开关、T型结功分器、T型结功合器以及间接式热电式功率传感器所构成，基于高阻Si衬底制作，其上有四个缝隙耦合结构，上方的两个缝隙耦合结构实现信号的频率测量，下方的两个缝隙耦合结构实现信号的相位测量，在前后缝隙之间有一个移相器；T型结功分器和T型结功合器是由共面波导传输线、扇形缺陷结构和空气桥所组成；间接式热电式功率传感器由共面波导传输线、终端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。这些结构能够将频率、相位和功率检测集成在一起，大大提高了信号检测器的效率。

【技术实现步骤摘要】
硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器
本专利技术提出了硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器，属于微电子机械系统(MEMS)的

技术介绍
随着信息科学技术的不断发展，对信号的检测要求也越来越高，既要求信号检测器结构简单，成本低廉，还需要保证高的精度，这对信号的检测提出了不小的挑战。众所周知，精确确定一个信号需要三大参数：频率、相位和功率，因此对这三个参数的测量是一项非常重要的任务，可以说在航空航天、微波通信等领域有着非常好的潜在应用价值，在低频率阶段，人们对这三个参数的测试结构已经研究的颇为深刻了，各种各样的信号检测器已经能很好的满足人们的需求了，但是在高频段，尤其是位于毫米波频段内，现有的频率检测器、相位检测器和功率检测器不仅结构复杂、体积较大、成本较高，而且很难将它们高效地集成在一起，另外由于处于毫米波频段，各个信号检测器都势必制作的非常小，如果结构较为复杂，可能会引起各种不必要的高频效应。为了解决上述问题，随着对共面波导的缝隙耦合结构、T型结功分器、T型结功合器以及间接式热电式功率传感器的深入研究，本专利技术在高阻Si衬底上设计了一种将毫米波频率、相位和功率检测集成在一起的信号检测器，这种利用缝隙耦合结构的信号检测器不仅结构简单新颖，而且制作成本较低，在毫米波频段可以高效的监测信号的各个参数，具有较高的应用价值。
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缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器，本专利技术采用了共面波导缝隙耦合结构，而在功率分配和功率合成方面则采用了T型结功分器和T型结功合器结构，在功率检测方面采用了间接式热电式功率传感器，这三种结构可以有效的集成在一起，从而达到对毫米波信号的频率、相位和功率的精确测量，大大提高了检测效率。技术方案：本专利技术的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器制作在高阻Si衬底上，是由共面波导传输线、四个尺寸相同的缝隙耦合结构、移相器、两个尺寸相同的单刀双掷开关、一个T型结功分器、三个T型结功合器以及六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传输线上侧地线，三号缝隙耦合结构和四号缝隙耦合结构则位于共面波导传输线下侧地线，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，首先来看频率检测模块，一号缝隙耦合结构连接到第二端口，第二端口与一号单刀双掷开关的输入端相连，一号单刀双掷开关的输出端分别连接到一号T型结功合器和一号间接式热电式功率传感器，同样的，二号缝隙耦合结连接到第三端口，第三端口与二号单刀双掷开关的输入端相连，二号单刀双掷开关的输出端分别连接到一号T型结功合器和二号间接式热电式功率传感器，而一号T型结功合器的输出端连接到三号间接式热电式功率传感器；再看相位检测模块，三号缝隙耦合结构与第四端口相连，第四端口连接到二号T型结功合器，四号缝隙耦合结构与第五端口相连，第五端口连接到三号T型结功合器，参考信号通过四号T型结功分器的输入端输入，四号T型结功分器的输出端分别连接到二号T型结功合器和三号T型结功合器，然后，二号T型结功合器的输出端连接四号间接式热电式功率传感器，三号T型结功合器的输出端连接五号间接式热电式功率传感器，最后是功率检测模块，在第六端口处连接着六号间接式热电式功率传感器。当毫米波信号在共面波导传输线上传播时，共面波导上的缝隙耦合结构可以耦合出小部分的电磁场信号，这部分被耦合出的小信号拥有与原信号相同的相位和频率，因此可以通过某些电路来检测信号的频率和相位，此外，由于缝隙耦合出来的信号能量较小，大部分的信号还是会继续通过共面波导向后传播，最后通过间接式功率传感器来检测功率的大小。首先，对于毫米波的频率检测模块，毫米波信号首先经过一号缝隙耦合结构耦合出小部分的信号P1，然后经过一段移相器之后再由二号缝隙耦合结构耦合出部分的信号P2，这样两个耦合信号之间就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，此时相位差就是90°，但是当频率f变化时，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。因此只要测出的值，就能得到频率f的大小，于是将两个耦合信号P1、P2经过一号T型结功合器进行合成，再用三号间接式热电式功率传感器去检测合成信号功率Ps的大小，合成信号的功率Ps是关于相位差的三角函数关系：由于耦合信号P1、P2的大小未知，因此这里采用了两个单刀双掷开关将两个耦合出来的小信号率先进行功率检测，得到其功率大小，然后再通过一号T型结功合器进行功率合成，于是由公式(2)就能计算出频率f的大小。注意这里的相位差只是两个耦合小信号之间的相位差，并不是原毫米波信号的相位Φ，还需要通过相位检测模块来精确确定原毫米波信号的相位Φ。对于毫米波的相位检测模块，同样地也是由三号缝隙耦合结构和四号缝隙耦合结构来耦合出部分小信号P3和P4，由于缝隙尺寸相同，所以它们的功率大小等于之前测得的耦合小信号P1和P2，它们的初始相位都为Φ，在经过移相器之后，四号缝隙耦合信号与三号缝隙耦合信号之间有了相位差参考信号Pc经过四号T型结功分器分解成左右两路一模一样的信号，左边一路信号与三号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；而右边一路信号与四号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：其中P3＝P1、P4＝P2，结合这两个关系式，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，实现了-180°～+180°的相位检测。有益效果：在本专利技术中，为了将频率检测、相位检测和功率检测集成在一起，采用了简单新颖的缝隙耦合结构，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实现频率和相位检测，而大部分的信号能够继续在共面波导上传播并进行功率检测，其中功分器和功合器采用的是T型结功分器和T型结功合器结构，功率检测器则采用了间接式热电式功率传感器，这些结构能非常有效的集成在一起，大大的提高了信号检测的效率，不仅简化了电路版图，而且将频率、相位和功率检测集成在一起，大大提高了信号检测器的效率，具有较高的潜在应用价值。附图说明图1为本专利技术的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器的原理图，图2为本专利技术的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器中单刀双掷开关的俯视图，图3为本专利技术的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器中单刀双掷开关AA’方向的剖面图，图4为本专利技术的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器中T型结功分器和T型结功合器的俯视图，图5为本专利技术的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器中间接式热电式功率传感器的俯视图，图6为本专利技术的硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器中间接式热电式功率传感器的剖面图，图中包括：高阻Si衬底1，SiO2层2，共面波导传输线3，一号缝隙耦合结构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5，频率检测模块6，相位检测模块7，功率检测模块8，终端电阻9，P型半导体臂1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器，其特征在于，该信号检测器制作在高阻Si衬底(1)上，是由共面波导传输线(3)、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(5)、一号单刀双掷开关(20)、二号单刀双掷开关(21)、一个T型结功分器、三个T型结功合器以及六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)位于共面波导传输线(3)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)则位于共面波导传输线(3)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(5)隔开，首先来看频率检测模块(6)，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)与一号单刀双掷开关(20)的输入端相连，一号单刀双掷开关(20)的输出端分别连接到一号T型结功合器和一号间接式热电式功率传感器，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)与二号单刀双掷开关(21)的输入端相连，二号单刀双掷开关(21)的输出端分别连接到一号T型结功合器和二号间接式热电式功率传感器，而一号T型结功合器的输出端连接到三号间接式热电式功率传感器；再看相位检测模块(7)，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)连接到二号T型结功合器，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)连接到三号T型结功合器，参考信号通过四号T型结功分器的输入端输入，四号T型结功分器的输出端分别连接到二号T型结功合器和三号T型结功合器，然后，二号T型结功合器的输出端连接四号间接式热电式功率传感器，三号T型结功合器的输出端连接五号间接式热电式功率传感器，最后是功率检测模块(8)，在第六端口(1‑6)处连接着六号间接式热电式功率传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种硅基缝隙耦合式T型结的间接式毫米波信号检测器，其特征在于，该信号检测器制作在高阻Si衬底(1)上，是由共面波导传输线(3)、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(5)、一号单刀双掷开关(20)、二号单刀双掷开关(21)、一个T型结功分器、三个T型结功合器以及六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)位于共面波导传输线(3)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)则位于共面波导传输线(3)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(5)隔开，首先来看频率检测模块(6)，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)与一号单刀双掷开关(20)的输入端相连，一号单刀双掷开关(20)的输出端分别连接到一号T型结功合器和一号间接式热电式功率传感器，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)与二号单刀双掷开关(21)的输入端相连，二号单刀双掷开关(21)的输出端分别连接到一号T型结功合器和二号间接式热电式功率传感器，而一号T型结功合器的输出端连接到三号间接式热电式功率传感器；再看相位检测模块(7)，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)连接到二号T型结功合器，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)连接到三号T型结功合器，参考信号通过四号T型结功分器的输入端输入，四号T型结功分器的输出端分别连接到二号...

【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