CN103956999A - 一种集成的移相和脉冲压缩信号处理器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，包括基片、铁电移相器和脉冲压缩器，所述铁电移相器和脉冲压缩器集成于基片上，所述铁电移相器与脉冲压缩器之间互连。本发明具有结构简单紧凑、制作方便、利用一个器件就对信号直接实现了移相和脉冲压缩两种信号处理过程等优点。

Description

一种集成的移相和脉冲压缩信号处理器件

技术领域

本发明主要涉及到射频微波电路及信号处理领域，特指一种基于集成铁电移相器和压电脉冲压缩器的信号处理器件。

背景技术

铁电薄膜具有良好的铁电性、压电性、热释电性、电光及非线性光学等特性，可广泛应用于微电子学、光电子学、集成电子学和微电子机械系统等领域，是目前高新技术研究的前沿和热点之一。铁电体属于压电体，实用的压电材料大部分是铁电体。相对于非铁电性压电材料而言，铁电性压电材料的特点是介电常数大、压电效应强、非线性效应显著、老化率较大。

目前，随着航空、航天技术的发展以及通信上的需要，对相控阵技术提出了一些新的要求，这也就为发展新型的移相器提出了更迫切的要求。铁电移相器是一种基于铁电材料的新型介质移相器，具有响应速度快、移相精度高、驱动功率小、波控系统简单、工作温度范围宽、价格低廉等优点，是目前通信、航天等领域的研究热点之一。近年来，采用钛酸锶钡（BST：（Ba, Sr）TiO3）铁电材料的微波移相器引起研究人员的极大兴趣。应用BST材料的非线性特性能够获得高性能的新型移相器，且可与集成电路工艺兼容，对相控阵探测及相控阵通信的研究有重要意义。BST薄膜移相器具有许多优点，由于它不像铁氧体移相器那样需要励磁线圈和驱动电流，故其结构简单、体积小、重量轻、耗电量极少、响应速度快，由于其所使用材料损耗小，故制成的移相器插入损耗小，由于移相角由外加电压控制，而外加电压既可为模拟信号又可为数字信号，故其移相方式分为模拟和数字两种，能满足各种不同场合的需要。

脉冲压缩滤波器是当输入一延续时间相当长的编码信号（通常是线性频率调制）后，能以最小假信号响应输出一个延续时间很短的窄能量脉冲的器件。这种滤波器能很好的兼顾增大传输距离和提高信噪比两个关键指标，应用于高分辨率探测和成像等。声表面波脉冲压缩处理器是基于压电功能材料的信号处理器件，由声表面波延迟线和安装在压电基片上的输入换能器和输出换能器组成。输入换能器将电信号转化为声波，并且超过95%的能量沿介质表面传播。输出换能器截获一部分声波并将它还原为电信号。声表面波器件的优点是：紧凑的尺寸；带宽较宽；具有可根据特定波形设计换能器的能力；生产费用低。对某些特定的探测和成像应用来说，声表面波器件独特的特性使其大有用武之地。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、制作方便、利用一个器件就对信号直接实现了移相和脉冲压缩两种信号处理过程的信号处理器件。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，包括基片、铁电移相器和脉冲压缩器，所述铁电移相器和脉冲压缩器集成于基片上，所述铁电移相器与脉冲压缩器之间互连。

作为本发明的进一步改进：所述铁电移相器和脉冲压缩器集成在同一铁电/压电功能材料上。

作为本发明的进一步改进：所述功能材料为钛酸锶、钛酸钡、钛酸锶钡、铌酸锂、镐钛酸铅或PVDF。

作为本发明的进一步改进：所述基片的材料为硅、蓝宝石、砷化镓、氮化镓或碳化硅。

作为本发明的进一步改进：所述功能材料上通过集成电路工艺技术加工出一体化的铁电移相器和脉冲压缩器，所述铁电移相器和脉冲压缩器之间通过集成电路工艺技术互连，在通过键合和互连技术固定在基片上。

作为本发明的进一步改进：所述功能材料同时具有铁电性和压电性，将所述功能材料沉积到基片上的设定区域，再分别在相应区域制备铁电移相器和脉冲压缩器后使三者互连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，结构简单紧凑、制作方便，基于铁电/压电功能材料，基于同一种材料的不同性能，包括铁电性和压电性，分别实现高性能的移相器和脉冲压缩器，并通过片上互连技术将两者集成为一个整体，从而利用一个器件对信号直接实现了移相和脉冲压缩两种信号处理过程，使得移相和脉冲压缩两种信号处理技术不再是分离的两个过程。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图例说明：

1、基片；2、铁电移相器；3、脉冲压缩器。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，主要应用于微波射频电路等等；其包括基片1、铁电移相器2和脉冲压缩器3，铁电移相器2和脉冲压缩器3集成于基片1上，铁电移相器2与脉冲压缩器3之间互连。

本发明在系统结构上将铁电移相器2（PS：Phase Shifter）和声表面波（SAW）的脉冲压缩器3集成在同一铁电/压电功能材料上，利用该功能材料的铁电性实现可调移相器的功能，并利用该功能材料的压电性实现SAW脉冲压缩器的功能。换言之，本发明利用同一种材料的铁电性和压电性两种不同性能实现两种信号处理功能的集成技术，包括利用铁电性实现移相、滤波、可变电容等，利用压电性实现脉冲压缩、滤波、卷积、谐振、振荡、放大等。

在具体应用实例中，上述功能材料包括铁电材料和压电材料，如钛酸锶、钛酸钡、钛酸锶钡、铌酸锂、镐钛酸铅、PVDF等，且不局限于上述所列举材料。在具体制作时，根据相控阵技术对移相器的要求在该功能材料上充分利用其铁电性设计移相器的相关电路。根据脉冲压缩技术对脉冲压缩器的要求在该功能材料上充分利用其压电性设计脉冲压缩器的相关电路。通过互连技术将两个器件连接起来，实现在同一功能材料上的集成。

本实施例中，上述基片1的材料包括硅、蓝宝石、砷化镓、氮化镓、碳化硅等，且不局限于上述所列举材料。

在具体实施时，可以采用以下方式：

方案一，选定一种功能材料，它同时具有良好的铁电性和压电性，在该材料上通过集成电路工艺技术加工出一体化的移相器和脉冲压缩器，两者之间已通过集成电路工艺技术实现互连。基于硅基材料制备单独的其他所需电路，并在硅基电路上预留适当空间。再将基于功能材料的一体化的器件通过键合和互连技术固定在硅基基片1上的相应位置，并实现两者之间的恰当互连。

方案二，选定一种功能材料，它同时具有良好的铁电性和压电性，将该选定的功能材料沉积到硅基基片1上的某一设定区域，再分别在相应区域制备移相器、脉冲压缩器、其他信号处理电路，同时通过设计和优化的集成电路工艺实现三者之间的恰当互连。

以本发明具体应用于微波射频电路为例，在基于太赫兹波段的雷达信号发射后，由天线阵列接收反射信号；反射信号输出到移相器，由移相器通过相位调制为同相位信号；所述移相器输出的信号输送至脉冲压缩器，经过脉冲压缩后产生主瓣幅值大的信号输出到数模转换器（ADC）中，数模转换器将幅值大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器（DSP），供数据后处理。此过程中，由于本发明的脉冲压缩器和移相器是基于铁电/压电功能材料一体来实现，以此完成信号移相和脉冲压缩预处理过程，因此在将DSP数字信号处理中的脉冲压缩部分提取出来，脉冲压缩信号处理在模拟域实现的同时，还完成了变频的功能，从而省去了传统方式的下变频和ADC部分，取而代之的是开销较小的脉冲压缩器和采样性能要求较低的ADC’，且简化了DSP数字信号处理部分的工作。这样就不需要下变频处理，节省了很大的体积开销、功耗开销，避免了由于下变频而带来的信号失真；还省去了处理一长串高频调频信号的ADC，取而代之的是处理简单的单脉冲信号的ADC’；进一步还将脉冲压缩信号预处理功能从DSP数字信号处理中提取出来，由脉冲压缩器完成，减轻了数字信号处理的压力。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，其特征在于，包括基片（1）、铁电移相器（2）和脉冲压缩器（3），所述铁电移相器（2）和脉冲压缩器（3）集成于基片（1）上，所述铁电移相器（2）与脉冲压缩器（3）之间互连。

2.根据权利要求1所述的集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，其特征在于，所述铁电移相器（2）和脉冲压缩器（3）集成在同一铁电/压电功能材料上。

3.根据权利要求2所述的集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，其特征在于，所述功能材料为钛酸锶、钛酸钡、钛酸锶钡、铌酸锂、镐钛酸铅或PVDF。

4.根据权利要求1或2或3所述的集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，其特征在于，所述基片（1）的材料为硅、蓝宝石、砷化镓、氮化镓或碳化硅。

5.根据权利要求2或3所述的集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，其特征在于，所述功能材料上通过集成电路工艺技术加工出一体化的铁电移相器（2）和脉冲压缩器（3），所述铁电移相器（2）和脉冲压缩器（3）之间通过集成电路工艺技术互连，在通过键合和互连技术固定在基片（1）上。

6.根据权利要求2或3所述的集成的移相和脉冲压缩信号处理器件，其特征在于，所述功能材料同时具有铁电性和压电性，将所述功能材料沉积到基片（1）上的设定区域，再分别在相应区域制备铁电移相器（2）和脉冲压缩器（3）后使三者互连。