一種帶有中心開路短截線的寬帶變壓器巴倫的制作方法
【專利摘要】一種帶有中心開路短截線的寬帶無源巴倫，設有上層為初級導線和下層為次級導線，次級導線的寬度大于初級導線，初級導線和次級導線均以中心線為對稱軸分成間隔布置的兩個部分，初級導線的兩個部分與次級導線的兩個部分分別對應層疊，之間設有絕緣介質層，初級導線次級導線的每個部分均為平面螺旋結構，均設有兩個內端口和兩個外端口，初級導線的兩個內端口之間導線連接，且設置一條與該連接導線垂直連接的引出導線，引出端空接，該引出導線與兩個內端口之間的連接導線同平面并與對稱軸重合，初級導線的兩個外端口中，一個作為單端不平衡信號輸入端，另一個端口接地；次級導線的兩個外端口均接地，兩個內端口分別通過引出導線作為兩個平衡差分信號輸出端。
【專利說明】一種帶有中心開路短截線的寬帶變壓器巴倫
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及寬帶無源巴倫，尤其涉及一種帶有中心開路短截線的寬帶無源巴倫，適用于雙平衡結構的電路，比如雙平衡混頻器、功率放大器、推挽式放大器等電路。
【背景技術】
[0002]在無線接收和發(fā)射系統(tǒng)中，通常需要采用巴倫進行單端信號與差分信號的轉換。例如，將天線接收的單端信號轉換成差分信號連接至低噪聲放大器，或是將差分信號轉換成單端信號連接至天線發(fā)射出去。巴倫是完成單端信號與差分信號轉換功能的電路器件，其設計難點在于如何保證良好的幅度平衡、相位平衡以及較低的插入損耗等。
[0003]傳統(tǒng)結構巴倫主要是Marchand結構巴倫和螺旋結構變壓器巴倫。圖1 (a)所示結構為最基本的巴倫結構，由兩段四分之一波長的金屬耦合線a和b構成。信號從端口 I輸入，理論上，在耦合效果理想的情況下，端口 2和端口 3處輸出信號幅度為輸入信號幅度的一半，相位分別超前輸入信號90度和滯后90度。圖1(b)所示結構為Marchand結構巴倫，對圖1(a)中的巴倫進行了改進，為了獲得寬帶特性，引入開路短截線c和短路短截線d作為補償，具有較低的插入損耗，但其幅度平衡和相位平衡的設計相對比較困難。由于Marchand結構巴倫由兩組四分之一波長金屬I禹合線組成，在設計時尺寸相對較大。而且marchand結構巴倫存在一個缺點就是其初級線圈為開路線，無法建立直流通路，在實際電路設計中通常需要額外的器件巴倫的前級有源電路提供直流，如圖1 (C)所示。圖2(a)所示為變壓器巴倫的結構示意圖，圖2 (b)所示為螺旋結構變壓器巴倫的具體實施圖，在低頻時具有良好的幅度平衡度和相位平衡度，但其在高頻時，由于電磁泄漏和線圈之間的容性耦合，導致幅度平衡度和相位平衡度惡化，無法滿足應用需求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術之不足，提供一種帶有中心開路短截線的寬帶無源巴倫，技術方案如下:一種帶有中心開路短截線的寬帶無源巴倫，其特征是:設有上下兩層金屬導線，上層為初級導線，下層為次級導線，次級導線的寬度大于初級導線，上層的初級導線和下層的次級導線均以中心線為對稱軸分成間隔布置的兩個部分，上層初級導線的兩個部分與下層次級導線的兩個部分分別對應層疊，之間設有絕緣介質層，形成寬邊耦合的疊層結構，上層初級導線的兩個部分和下層次級導線的兩個部分均為平面螺旋結構，每個部分均設有兩個內端口和兩個外端口，上層初級導線兩個部分的兩個內端口之間導線連接，且設置一條與該連接導線垂直連接的引出導線，引出端空接，該引出導線與兩個內端口之間的連接導線同平面并與對稱軸重合，上層初級導線兩個部分的兩個外端口中，一個作為單端不平衡信號輸入端，另一個端口接地；下層次級導線兩個部分的兩個外端口均接地，兩個內端口分別通過引出導線作為兩個平衡差分信號輸出端。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點及顯著效果:
[0006](I)可以調節(jié)巴倫差分輸出的幅度不平衡度，見圖7。[0007](2)可以調節(jié)巴倫差分輸出的相位不平衡度，見圖7。
[0008](3)顯著拓展了巴倫的工作帶寬，見圖9。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1(a)是簡單耦合線巴倫示意圖；
[0010]圖1(b)是傳統(tǒng)Marchand結構巴倫的等效電路示意圖；
[0011]圖1(C)是Marchand結構巴倫的應用電路舉例；
[0012]圖2(a)是傳統(tǒng)變壓器巴倫的結構示意圖；
[0013]圖2 (b)是傳統(tǒng)螺旋結構變壓器巴倫三維立體結構圖；
[0014]圖3是本發(fā)明巴倫的電路結構示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明巴倫的三維立體結構圖；
[0016]圖5是本發(fā)明巴倫的上層金屬導線(初級導線)俯視圖；
[0017]圖6是本發(fā)明巴倫的下層金屬導線(次級導線)俯視圖；
[0018]圖7是本發(fā)明巴倫幅度和相位不平衡度隨中心開路短截線電長度變化的曲線；
[0019]圖8是本發(fā)明巴倫在有無短截線時幅度不平衡度仿真曲線；
[0020]圖9是本發(fā)明巴倫有無短截線時相位不平衡度仿真曲線；
[0021]圖10是本發(fā)明巴倫有無短截線時插入損耗曲線。
【具體實施方式】
[0022]參看圖3，是本發(fā)明巴倫的電路結構示意圖，包括兩段電長度為Θ的耦合線、電長度為2 θ Δ的連接線和電長度為θφ的中心開路短截線。
[0023]參看圖4，5、6，本發(fā)明設有上下兩層金屬導線，上層為初級導線，下層為次級導線，次級導線的寬度大于初級導線。上層的初級導線和下層的次級導線均以中心線為對稱軸分成間隔布置的左右兩個部分，上層初級導線的兩個部分與下層次級導線的兩個部分分別對應層疊，之間設有絕緣介質層，形成寬邊耦合的疊層結構。上層初級導線的左右兩個部分和下層次級導線的左右兩個部分均為平面螺旋結構，每個部分均設有兩個內端口和兩個外端口，上層初級導線左右兩個部分的兩個內端口之間導線連接，且設置一條與該連接導線垂直連接的引出導線3，引出端空接，該引出導線與兩個內端口之間的連接導線同平面并與對稱軸重合.上層初級導線左右兩個部分的兩個外端口 1、2中，一個可作為單端不平衡信號輸入端，另一個端口接地線；下層次級導線左右兩個部分的兩個外端口 6、7均接地線，通過初級導線與次級導線的電磁耦合作用，轉換成兩個內端口 4、5分別通過引出導線作為兩個平衡差分信號輸出端。
[0024]上層初級導線與下層次級導線之間的絕緣介質層厚度取決于設計要求，當要求兩層金屬直接耦合系數(shù)較高時，介質厚度可以盡量小。當要求兩層金屬直接耦合系數(shù)較低時，介質厚度可以盡量大。例如當耦合系數(shù)取為0.65時，初級和次級導線的線寬分別為3微米和6微米時，初級和次級導線的間距大約為3.2微米。
[0025]中心開路短截線3的寬度與長度取決于具體設計時耦合線圈，開路短截線3可以有效的調節(jié)平衡段差分輸出的幅度和相位不平衡度。例如當耦合系數(shù)取為0.65且耦合線的電長度為0.8，中心開路短截線的電長度取為0.06至0.08之間。[0026]初級導線與次級導線的長度可以視工作頻率而變動，例如當中心頻率設置為35GHz時，那么初級和次級導線的長度大約為480微米。調整好工作頻段后，采用合適長度的開路短截線。中心開路短截線3可以調整巴倫平衡端輸出的相位和幅度平衡度，達到本發(fā)明的效果。作為巴倫的性能指標，S21和S31分別是反應了巴倫的單端轉差分的傳輸損耗。下面給出了變壓器巴倫的損耗表達式:
[0027]
【權利要求】
1.一種帶有中心開路短截線的寬帶無源巴倫，其特征是:設有上下兩層金屬導線，上層為初級導線，下層為次級導線，次級導線的寬度大于初級導線，上層的初級導線和下層的次級導線均以中心線為對稱軸分成間隔布置的兩個部分，上層初級導線的兩個部分與下層次級導線的兩個部分分別對應層疊，之間設有絕緣介質層，形成寬邊耦合的疊層結構，上層初級導線的兩個部分和下層次級導線的兩個部分均為平面螺旋結構，每個部分均設有兩個內端口和兩個外端口，上層初級導線兩個部分的兩個內端口之間導線連接，且設置一條與該連接導線垂直連接的引出導線，引出端空接，該引出導線與兩個內端口之間的連接導線同平面并與對稱軸重合，上層初級導線兩個部分的兩個外端口中，一個作為單端不平衡信號輸入端，另一個端口接地；下層次級導線兩個部分的兩個外端口均接地，兩個內端口分別通過引出導線作為兩個 平衡差分信號輸出端。
【文檔編號】H01P5/10GK103606726SQ201310618769
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】李智群, 曹佳, 李芹, 王志功 申請人:東南大學