本发明提出了自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统，属于微纳电子机械系统的技术领域。
背景技术：
新型先进自适应雷达电子对抗包括了自适应雷达侦察和高逼真欺骗这两个关键系统。自适应雷达侦察是能够根据未知雷达信号的结构特征、分析雷达系统的工作状态和工作性能，自适应地调整对抗样式和参数，以达到最佳的对抗效果；高逼真欺骗是指对敌方的未知雷达信号进行精确地存储、复制、已调制和转发，以使欺骗信号与敌方雷达信号的特征差异尽可能地小，形成符合雷达欺骗要求的高逼真电子假目标。以上两个关键系统中的自适应雷达侦察实际上就是对微波通讯信号进行检测和解调，而高逼真欺骗也必须以对微波通讯信号进行检测和解调为基础，由此可见，微波通讯信号检测和解调在自适应雷达装备中占有非常重要的地位。由信号的相位延迟导致的电路中不同位置处的电压、电流在同一时刻振幅各不相同。因此，测量微波信号的相位也就成了一个重要的任务。但是在现有的技术中，都是利用计数器等规模较大的器件对微波信号的功率、频率和相位的检测进行测量，造成了整个微波测量系统系统体积大、功耗高、频带较窄以及集成度低等缺点。所以如果能在集成测量微波信号的功率、频率和相位的同时，还能解调输入已调制信号是一种很有意义的研究。同时，采用纳米工艺制作的热电偶具有热电转化效率高的优点，多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，可以大大提高微波检测系统的灵敏度。所以在自适应雷达领域，如果能实现对微波信号的功率、频率和相位的集成测量的同时同步测量，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是一种很有意义的研究，因此本发明提出自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的是提供一种自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统，应用六端口缝隙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，从而实现了将微波信号的功率、频率、相位三种检测模块集成到一起，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。
技术方案：本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统，主要由六端口缝隙耦合器，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；
六端口缝隙耦合器的第一端口到第三端口、第四端口以及第一端口到第五端口、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直接加热式微波功率检测器，进行已调制信号的解调；由第三端口和第五端口分别输出到微波频率和功率检测模块的第二直接加热式微波功率传感器和第三直接加热式微波功率传感器，进行频率和功率的同步检测；由第四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，并将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直接加热式微波功率检测器和第五直接加热式微波功率检测器，进行微波相位检测；由以上结构，实现了将微波信号的功率、频率、相位三种检测模块集成到一起，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比值法缝隙耦合微纳微波检测解调单片系统、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，六端口缝隙耦合器由共面波导和缝隙耦合结构构成；共面波导和缝隙耦合结构均制作在sio2层上，两个缝隙耦合结构之间的共面波导长度为λ/4；
其中，直接加热式微波功率传感器由水平放置的热电偶构成。其中热电偶同时作为终端电阻，垂直衬底表面的多晶硅纳米线簇构成了热电偶臂。为了增加热电堆的稳定性，热电偶之间填充有聚甲基丙烯酸甲酯；
有益效果：
1)本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统集成了微波信号的功率、频率、相位三种检测模块，具有低功耗、低成本的优点；并且采用比值法测量频率的方式，有效地降低了输出电压受到的噪声以及干扰，大大提高了测量系统的精确性；
2)本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统对已调制信号进行解调的方式是应用直接加热式微波功率传感器，无传统微波测量系统中使用的乘法器和振荡器，大大减小了测量系统的体积以及其复杂程度；
3)本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统将微波信号的功率、频率、相位三种检测模块集成到一起，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，实现了自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测和解调的单片系统集成；
4)本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统中的直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；
5)本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统中的直接加热式微波功率传感器采用纳米工艺制作的热电偶，多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，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。
附图说明
图1为自适应雷达的总体结构组成框图，
图2为本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统的原理框图，
图3为六端口缝隙耦合器的俯视图，
图4为wilkinson功率分配/合成器的俯视图，
图5为直接加热式微波功率传感器的俯视图，
图6为图5直接加热式微波功率传感器的aa’方向剖面图。
图中包括：六端口缝隙耦合器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，第一直接加热式微波功率传感器5-1，第二直接加热式微波功率传感器5-2，第三直接加热式微波功率传感器5-3，第四直接加热式微波功率传感器5-4，第五直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，sio2层9，共面波导10，缝隙耦合结构11，空气桥12，非对称共面带线13，隔离电阻14，终端电阻15，多晶硅纳米线簇16，传输线地线17，输出电极18，热端19，冷端20，衬底薄膜结构21，聚甲基丙烯酸甲酯22，mim电容23，比值法缝隙耦合微纳微波检测解调单片系统24，信号存储器25，信号分析器26，微波信号重构27，微波信号调制器28，微波信号功率放大器29，自适应雷达接收系统30，自适应雷达发射系统31，收发转换电路32，天线33，si3n4介电层，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，第七端口2-1，第八端口2-2，第九端口2-3。
具体实施方式
本发明的自适应雷达由天线33、收发转换电路32、自适应雷达接收系统30和自适应雷达发射系统31组成，自适应雷达接收系统30由比值法缝隙耦合微纳微波检测解调单片系统24、信号存储器25和信号分析器26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31由微波信号重构27、微波信号调制器28和微波信号功率放大器29构成，实现对未知雷达信号的调制和转发；
本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统由六端口缝隙耦合器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；六端口缝隙耦合器1由共面波导10，和缝隙耦合结构11构成；共面波导10制作在sio2层9上，两个缝隙耦合结构11之间的共面波导10长度为λ/4；微波频率和功率检测模块2由第二直接加热式微波功率传感器5-2和第三直接加热式微波功率传感器5-3构成，进行频率和功率的同步检测，它们分别连接在第三端口1-3和第五端口1-5；解调模块3只需要由第一直接加热式微波功率传感器5-1组成，连接于第二端口1-2；微波相位检测模块4由第四直接加热式微波功率传感器5-4，第五直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构成，进行微波相位检测；wilkinson功率合成器，wilkinson功率分配器的拓扑结构相同，由共面波导11、非对称共面带线13和空气桥12、隔离电阻14构成，信号从第七端口2-1输入为wilkinson功率分配器，信号从第八端口2-2，第九端口2-3输入到wilkinson功率合成器；
直接加热式微波功率传感器是由热电堆构成，垂直衬底表面的多晶硅纳米线簇16构成了热电偶臂，同时作为终端电阻15，多晶硅纳米线簇含有的纳米线数量为50-200，多晶硅纳米线直径为1-100nm，高度为2-10um；为了增加热电堆的稳定性，热电偶之间填充有聚甲基丙烯酸甲酯22；mim电容23作为隔直电容，起到阻断直流通路和微波通路的作用；
六端口缝隙耦合器1的第一端口1-1到第三端口1-3、第四端口1-4以及第一端口1-1到第五端口1-5、第六端口1-6的功率耦合度分别相同；待测信号经六端口缝隙耦合器1的第一端口1-1输入，由第二端口1-2输出到第一直接加热式微波功率传感器5-1，由第三端口1-3和第五端口1-5分别输出到微波频率和功率检测模块2的第二直接加热式微波功率传感器5-2和第三直接加热式微波功率传感器5-3，由第四端口1-4和第六端口1-6输出到微波相位检测模块4。实现了将微波信号的功率、频率、相位三种检测模块集成到一起，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及对已调制信号的解调，具有低功耗、低成本和集成度高的益处。其中微波功率、频率、相位的检测和对已调制信号解调原理解释如下：
功率检测：如图2所示微波信号经六端口缝隙耦合器1的第三端口1-3和第五端口1-5分别输出到第二直接加热式微波功率传感器5-2和第三直接加热式微波功率传感器5-3，假设耦合度分别为co1和co2，则耦合到第三端口1-3和第五端口1-5的耦合功率如公式(1)所示，从而可以反推出输入信号功率的大小；而耦合功率的大小p3和p5可以由如图6所示的直接加热式微波功率传感测得，微波功率从输入端口输入，通过共面波导10输入到终端电阻15被转化成热量；多晶硅纳米线簇16构成热电偶，热电偶靠近终端电阻15区域作为热端19，热电偶靠近输出电极18区域作为冷端20；根据seebeck效应，通过测量输出电极18的热电势可知输入微波功率大小；热电偶的热端19背部将衬底减薄构成衬底薄膜结构21以提高检测灵敏度；至此可以测得微波信号的输入功率大小。
频率检测：频率和功率是进行同步检测的，由于耦合度co1和co2是随频率变化的，因此将公式(1)中的p3和p5进行相比运算，得到公式(2)。
其中a0，a1，a2为常数，f表示频率大小，由此可以发现耦合功率p3和p5的比值只与频率有关，而与其他变量无关，因此只需测得第二直接加热式微波功率传感器5-2和第三直接加热式微波功率传感器5-3的输出，然后相比，就能得到微波信号的频率大小。
相位检测：如图2所示微波信号经六端口缝隙耦合器1的第四端口1-4和第六端口1-6输入到微波相位检测模块4进行相位检测；六端口缝隙耦合器1的两个缝隙耦合结构11之间的共面波导10长度为λ/4，此时通过第四端口1-4和第六端口1-6的两路微波信号相位差为90°；假设输入功率pr，与待测信号频率相同f(微波频率和功率检测模块2测得)的参考信号，参考信号经wilkinson功率分配器7分成两路功率和相位相同的信号，与第四端口1-4和第六端口1-6的两路待测信号经第一wilkinson功率合成器6-1和第二wilkinson功率合成器6-2进行功率合成；第四直接加热式微波功率传感器5-4和第五直接加热式微波功率传感器5-5对左右两路合成后的功率pcs1，pcs2进行检测，并通过公式(3)得出待测与参考信号之间的相位差
p4，p6为第四端口1-4与第六端口1-6耦合的功率，并且因为第三端口1-3与第四端口1-4的耦合度相同，第五端口1-5与第六端口1-6的耦合度相同，于是有p4＝p3，p6＝p5。
从公式(3)可以推出相位差
p4，p6为第四端口1-4与第六端口1-6耦合的功率，并且因为第三端口1-3与第四端口1-4的耦合度相同，第五端口1-5与第六端口1-6的耦合度相同，于是有p4＝p3，p6＝p5。由公式(4)可以唯一地确定相位差
已调制信号解调：因为直接加热式微波功率传感器具有非线性特性和低通滤波特性，所以，当已调制信号输入到第一直接加热式微波功率传感器5-1的时候，利用第一直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作为解调器，同时，第一直接加热式微波功率检测器5-1的低通滤波特性作用作为低通滤波器滤除其中的高频信号，而作为低频信号的调制信号就被解调出来，从而实现了已调制信号的解调。
自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统的制备方法包括以下几个步骤：
1)准备4英寸高阻si衬底8，电阻率为4000ω·cm，厚度为400μm；
2)热生长一层厚度为1.2μm的sio2层9；
3)采用低压化学气相淀积(lpcvd)工艺生长一层厚度为2μm的多晶硅；
4)涂覆一层光刻胶并光刻，除多晶硅电阻区域以外，其他区域被光刻胶保护，并注入磷(p)离子，掺杂浓度为1015cm-2，形成隔离电阻14和终端电阻15；
5)采用lpcvd工艺生长一层二氧化硅作为掩膜层，对多晶硅进行深紫外光刻，形成多晶硅纳米线结构；
6)涂覆一层光刻胶，光刻去除共面波导10、非对称共面带线13、金属互连线输出电极18处的光刻胶；
7)电子束蒸发(ebe)形成第一层金(au)，厚度为0.3μm，去除光刻胶以及光刻胶上的au，剥离形成共面波导10和非对称共面带13的第一层au、输出电极18以及热电堆金属互连线；
8)旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯22填充热电偶之间的间隙，提高热电堆结构的稳定性；
9)均匀涂覆一层空气层并光刻图形，厚度为2μm，保留空气桥12下方的聚酰亚胺作为牺牲层；
10)涂覆光刻胶，光刻去除缝隙耦合结构11、共面波导10、非对称共面带线13及输出电极18位置的光刻胶；
11)电镀一层厚度为2μm的au层作为第二层au；
12)去除光刻胶以及光刻胶上的au，缝隙耦合结构11、共面波导10、非对称共面带线13及输出电极18；
13)lpcvd淀积一层si3n4，厚度为0.1μm；
14)涂覆一层光刻胶，光刻并保留mim电容23下方的光刻胶，干法刻蚀si3n4，形成si3n4介电层34；
15)深反应离子刻蚀(drie)衬底材料背面，制作薄膜结构21；
16)释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除空气桥下的聚酰亚胺牺牲层，去离子水稍稍浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干。
本发明与现有技术的区别在于：
本发明采用了六端口缝隙耦合结构，这种缝隙耦合结构将共面波导中传输的微波信号的一部分通过缝隙耦合结构耦合出一部分来，并通过耦合出的微波信号集成检测微波信号的功率、频率以及相位的大小，在检测微波信号时，应用直接加热式微波功率传感器，具有较好的微波特性、高集成度以及零直流功耗；并且利用比值法测量频率，有效地使输出电压避免了噪声和干扰的影响，极大地提高了精确度。同时，本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统应用直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对已调制信号进行解调，无需乘法器和振荡器，使得体积和复杂程度大大减小。采用多晶硅纳米线簇构成热电偶臂，多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，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。本发明将微波信号的功率、频率、相位三种检测模块集成到一起，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，实现了自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测和解调的单片系统集成。
满足以上条件的结构即视为本发明的自适应雷达中比值法缝隙耦合直接微纳微波检测解调系统。