[发明专利]硅基未知频率缝隙耦合式直接式毫米波相位检测器

说明书

本发明的硅基未知频率缝隙耦合式直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、单刀双掷开关、Wilkinson功分器、Wilkinson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，一共设置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，在前后缝隙之间设置有一段移相器；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隔离电阻组成；直接式热电式功率传感器主要由共面波导、两个热电偶和一个隔直电容构成，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，大大提高了信号检测器的效率。

技术领域

本发明提出了硅基未知频率缝隙耦合式直接式毫米波相位检测器，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

随着电子信息电子科学技术的持续发展，人们已经来到了一个信息非常多元化的时代，人们周围都充斥着各种各样的信息通讯设备，归根结底地讲，几乎所有的通讯信息设备都离不开对信号的检测和处理，因此信号的检测也一直是人们日益不断研究的重要内容。目前，人们研究的大多数信号主要集中在低频和某些高频波段，对于极高频的信号研究较少，毫米波信号是一种位于微波和远红外波交叠区域的极高频信号，随着对频段资源的不断开发，毫米波的信号检测技术也被提上了时代大舞台。众所周知，一个信号的三大参数为频率、相位和功率，其中毫米波信号的相位检测是非常重要的一部分内容，然而当今的相位检测器通常结构复杂，不易于集成，而且频率也无法达到极高频，通常毫米波的相位检测分为已知频率下和未知频率下的检测，在实际情况下，一个未知信号的频率也是无法知晓的，因此未知频率下的相位检测器必须先测量其频率，确定参考信号的频率，最后再测量相位。

在共面波导缝隙耦合结构、Wilkinson功分器、Wilkinson功合器以及直接式热电式功率传感器的研究基础上，本发明在高阻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，本发明利用了共面波导缝隙耦合结构将毫米波的频率和相位检测集成在一起，具有较高的潜在价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种硅基未知频率缝隙耦合式直接式毫米波相位检测器，本发明采用了简单新颖的共面波导缝隙耦合结构，在功率分配和功率合成方面则采用了常见的Wilkinson功分器和Wilkinson功合器结构，在合成信号的测量方面则采用了直接式热电式功率传感器。

技术方案：本发明的硅基未知频率缝隙耦合式直接式毫米波相位检测器是由共面波导、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、一号单刀双掷开关、二号单刀双掷开关、一个Wilkinson功分器、三个Wilkinson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，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Wilkinson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Wilkinson功合器和二号直接式热电式功率传感器，而一号Wilkinson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，第五端口连接到三号Wilkinson功合器，参考信号通过四号Wilkinson功分器的输入端输入，四号Wilkinson功分器的输出端分别连接到二号Wilkinson功合器和三号Wilkinson功合器，然后，二号Wilkinson功合器的输出端连接四号直接式热电式功率传感器，三号Wilkinson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。