本发明提出了自适应雷达中比相法缝隙耦合直接mems微波检测解调系统，属于微电子机械系统的技术领域。
背景技术：
新型的先进的自适应雷达的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，实际上就是对微波通讯信号进行检测和解调。而高逼真欺骗是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，这一系统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。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，对于复杂的微波已调制信号，传统的通讯技术进行解调时又要利用另一套系统，这同样会引起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问题，同时还增加了很多成本。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，因此本发明提出了自适应雷达中比相法缝隙耦合直接mems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相法缝隙耦合直接mems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相法缝隙耦合直接mems微波检测解调系统，主要由六端口缝隙耦合器，微波频率检测模块，微波相位检测模块以及微波功率检测和解调模块组成；
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，大部分的信号由第二端口输出到第一直接加热式微波功率检测器，同步地进行微波功率检测和已调制信号的解调；由第三端口和第五端口输出到微波频率检测模块的第三wilkinson功率合成器的两个输入端口，第三wilkinson功率合成器的输出端连接第二直接加热式微波功率传感器，进行微波频率的检测；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，并由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三直接加热式微波功率检测器和第四直接加热式微波功率检测器，进行微波相位的检测；由以上结构，将微波信号的功率、频率、相位三种检测模块集成到一起，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相法缝隙耦合mems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；
直接加热式微波功传感器由si衬底，sio2层，共面波导，终端电阻，热电偶，传输线地线，输出电极和mim电容构成；微波功率通过共面波导输入到终端电阻并被转化成可以测量的热量；根据seebeck效应，通过测量输出电极的热电势可以推算出输入微波功率大小；
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。
有益效果：
1)本发明的自适应雷达中比相法缝隙耦合直接mems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；
并且采用比相法测量频率的方式，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相法缝隙耦合直接mems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相法缝隙耦合直接mems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相法缝隙耦合直接mems微波检测和解调的单片集成系统；
4)本发明的自适应雷达中比相法缝隙耦合直接mems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。
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相法缝隙耦合直接mems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，微波频率检测模块2，微波功率检测和解调模块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，第一wilkinson功率合成器6-1，第二wilkinson功率合成器6-2，第三wilkinson功率合成器6-3，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，热电偶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，si3n4介电层22，mim电容23，比相法缝隙耦合mems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，，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，第七一端口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中比相法缝隙耦合直接mems微波检测解调系统由六端口缝隙耦合器1，微波频率检测模块2，微波功率检测和解调模块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；微波频率检测模块2由第三wilkinson功率合成器6-3和第二直接加热式微波功率传感器5-2构成，进行微波频率检测，第三wilkinson功率合成器6-3的两个输入端连接于第三端口1-3和第五端口1-5；微波功率检测和解调模块3只需要由第一直接加热式微波功率传感器5-1就能完成微波功率检测和解调两项功能，连接于第二端口1-2；微波相位检测模块4由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；
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由比相法缝隙耦合mems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；
直接加热式微波功率传感器是由终端电阻同时作为热电偶构成，垂直衬底表面的热电偶16构成了热电偶的半导体臂。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，由第四端口1-4和第六端口1-6输出到微波相位检测模块4，由第三端口1-3和第五端口1-5分别输出到微波频率检测模块2。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，具有低功耗、低成本和集成度高的益处。其中微波功率、频率、相位的检测和已调制信号解调的原理解释如下：
功率检测和已调制信号解调：如图2所示微波信号经六端口缝隙耦合器1的第二端口1-2连接到第一直接加热式微波功率传感器5-1，利用如图5所示的直接加热式微波功率传感测得微波信号的功率大小，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；热电偶16末端分为为热端19和冷端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；另一方面，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。
频率检测：假设输入功率pin，则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和第四直接加热式微波功率传感器5-4检测到的功率pf1、pf2和pf3可以表示为：
其中sf1表示第一端口1-1到第二直接加热式微波功率传感器5-2的传输系数，sf2表示第一端口1-1到第三直接加热式微波功率传感器5-3的传输系数，sf3表示第一端口1-1到第四直接加热式微波功率传感器5-4的传输系数。经过第三wilkinson功率合成器6-3的合成之后，可表示为：
其中s31为第一端口1-1到第三端口1-3的传输系数，s51为第一端口1-1到第五端口1-5的传输系数。频率检测时，没有参考信号输入，因此，第四端口1-4处的功率大小是第三直接加热式微波功率传感器5-3测得功率的两倍，第六端口1-6的功率大小是第四直接加热式微波功率传感器5-4测得功率的两倍，从而可以得到如下传输系数：
其中s41为第一端口1-1到第四端口1-4的传输系数，s61为第一端口1-1到第六端口1-6的传输系数。由于第三端口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，因此由公式(2)和(3)可得：
sf1＝sf2+sf3(4)
将公式(4)取模可得：
其中
将公式(1)代入公式(6)可得：
由公式(7)和(8)可得到频率的表达式：
其中c表示为电磁波在真空中的速度，l表示为第三端口1-3到第五端口1-5的距离，εer表示为si的相对介电常数。
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；第三直接加热式微波功率传感器5-3和第四直接加热式微波功率传感器5-4对左右两路合成后的功率pcs1，pcs2进行检测，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(10)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(11)可以唯一地确定相位差
自适应雷达中比相法缝隙耦合直接mems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)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；
6)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；
7)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；
8)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；
9)电镀一层厚度为2μm的au层作为第二层au；
10)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；
11)lpcvd淀积一层si3n4，厚度为0.1μm；
12)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；
13)深反应离子刻蚀(drie)衬底材料背面，制作薄膜结构21；
14)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；并且利用比相法测量频率，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相法缝隙耦合直接mems微波检测解调系统应用直接加热式微波功率传感器对已调制信号进行解调，采用热电偶，无需乘法器和振荡器，使得体积和复杂程度大大减小。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相法缝隙耦合直接mems微波检测和解调的单片集成系统。
满足以上条件的结构即视为本发明的自适应雷达中比相法缝隙耦合直接mems微波检测解调系统。