本发明专利技术的硅基未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位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型结功合器以及直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组成；直接式热电式功率传感器由共面波导传输线、两个热电偶和隔直电容所构成，热电偶是由金属臂和半导体臂串联组成，它能够进行自加热并完成热电转换。这些结构简单高效地实现了未知频率下毫米波的相位测量。
【技术实现步骤摘要】
硅基未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位检测器
本专利技术提出了硅基未知频率缝隙耦合式T型结直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
在当今信息科学技术飞速发展的时代，信号检测技术一直都受到人们的高度重视，一个信号的三大参数包括频率、相位和功率，这三个参数唯一决定了一个信号，因此信号的检测技术也就离不开对这三大参数的测量，其中相位的测量技术起着举足轻重的作用，在通信、航空航天以及军事探测等领域有着潜在的巨大应用价值。一般而言，相位检测分为已知频率下和未知频率下的两种测量技术，其中未知频率下的相位测量技术涉及到了频率和相位的集成检测问题，这是当今相位检测器的普遍问题，而且当今的相位检测器频率都偏低，对毫米波这种极高频率的信号进行检测有着很大的难度，因此设计一种能够对毫米波信号进行测量的相位检测器极为重要。针对以上问题，本专利技术在高阻Si衬底上设计了一种在未知频率下的毫米波在线相位检测器，采用共面波导缝隙耦合结构、T型结功分器、T型结功合器以及直接式热电式功率传感器等新颖技术来实现毫米波未知频率下的相位检测，这种相位检测器可以有效地实现毫米波信号的频率以及相位的集成测量，大大简化了结构、降低了成本，同时还提高了效率。
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未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位检测器，本专利技术设计了两组缝隙耦合结构，一组耦合结构用来测量其频率大小，另一组耦合结构用以测量其相位大小，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直接式热电式功率传感器。技术方案：本专利技术的硅基未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位检测器是由共面波导传输线、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、一号单刀双掷开关、二号单刀双掷开关、一个T型结功分器、三个T型结功合器以及五个直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型结功合器和一号直接式热电式功率传感器，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型结功合器和二号直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直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直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直接式热电式功率传感器，第六端口处连接着后续处理电路。首先，对于毫米波的频率检测模块，它主要是由两个缝隙耦合结构、一段移相器、两个单刀双掷开关、一个T型结功合器以及一个直接式功热电式率传感器所构成，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P1，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T型结功合器进行合成，再用直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。其次，对于毫米波的相位检测模块，同样地也是由两个缝隙耦合结构耦合出部分小信号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，只是其中第二个缝隙耦合信号多传播了相位参考信号Pc经过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；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。有益效果：在本专利技术中，采取了简单新颖的缝隙耦合结构，这种缝隙耦合结构能够将在共面波导中传播的电磁场能量耦合出小部分，利用这耦合出的小信号先测得频率的大小，然后再测其相位的大小，同时由于耦合出的信号能量非常小，因此几乎对原毫米波信号影响不大，原毫米波信号可以继续向后传播，实现了未知频率下毫米波信号的在线相位检测，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未知频率缝隙耦合式T型结直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未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位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未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位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未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位检测器中T型结功分器的俯视图图5为本专利技术的硅基未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位检测器中直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未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位检测器中直接式热电式功率传感器AA’方向的剖面图图7为本专利技术的硅基未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位检测器中直接式热电式功率传感器BB’方向的剖面图图中包括：频率检测模块1，相位检测模块2，共面波导传输线3，移相器4，缝隙耦合结构5-1，缝隙耦合结构5-2，缝隙耦合结构5-3，缝隙耦合结构5-4，扇形缺陷结构6，空气桥7，金属臂8，P型半导体臂9，欧姆接触10，热端11，冷端12，隔直电容13，输出电极14，隔直电容下极板15，Si3N4介质层16，隔直电容上极板17，高阻Si衬底18，SiO2层19，衬底膜结构20，一号单刀双掷开关21，二号单刀双掷开关22，开关梁23，锚区24，开关下拉电极板25，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未知频率缝隙耦合式T型结直接式毫米波相位检测器是基于高阻Si衬底18制作的，是由共面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅基未知频率缝隙耦合式T型结直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(18)上，是由共面波导传输线(3)、一号缝隙耦合结构(5‑1)、二号缝隙耦合结构(5‑2)、三号缝隙耦合结构(5‑3)、四号缝隙耦合结构(5‑4)、移相器(4)、一号单刀双掷开关(21)、二号单刀双掷开关(22)、一个T型结功分器、三个T型结功合器以及五个直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(7‑1)和二5号缝隙耦合结构(5‑2)位于共面波导传输线(3)上侧地线，三号缝隙耦合结构(5‑3)和四号缝隙耦合结构(5‑4)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(4)隔开，首先来看频率检测模块(1)，一号缝隙耦合结构(5‑1)连接到第二端口(1‑2)，第二端口(1‑2)与一号单刀双掷开关(21)的输入端相连，一号单刀双掷开关(21)的输出端分别连接到一号T型结功合器和一号直接式热电式功率传感器，同样的，二号缝隙耦合结构(5‑2)连接到第三端口(1‑3)，第三端口(1‑3)与二号单刀双掷开关(22)的输入端相连，二号单刀双掷开关(22)的输出端分别连接到一号T型结功合器和二号直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直接式热电式功率传感器；再看相位检测模块(2)，三号缝隙耦合结构(5‑3)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(5‑4)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直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直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】
1.一种硅基未知频率缝隙耦合式T型结直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(18)上，是由共面波导传输线(3)、一号缝隙耦合结构(5-1)、二号缝隙耦合结构(5-2)、三号缝隙耦合结构(5-3)、四号缝隙耦合结构(5-4)、移相器(4)、一号单刀双掷开关(21)、二号单刀双掷开关(22)、一个T型结功分器、三个T型结功合器以及五个直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(7-1)和二5号缝隙耦合结构(5-2)位于共面波导传输线(3)上侧地线，三号缝隙耦合结构(5-3)和四号缝隙耦合结构(5-4)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(4)隔开，首先来看频率检测模块(1)，一号缝隙耦合结构(5-1)连接到第二端口(1-2)，第二端口(1-2)与一号单刀双掷开关(21)的输入端相连，一号单刀双掷开关(21)的输出端分别连接到一号T型结功合器和一号直接式热电式功率传感器，同样的，二号缝隙耦合结构(5-2)连接到第三端口(1-3)，第三端口(1-3)与二号单刀双掷开关(22)的输入端相连，二号单刀双掷开关(22)的输出端分别连接到一号T型结功合器和二号直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直接式热电式功率传感器；再看相位检测模块(2)，三号缝隙耦合结构(5-3)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(5-4)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...
【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
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