CN101488598A - 平衡至非平衡转换器 - Google Patents

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一种平衡至非平衡转换器，包括第一金属线与第二金属线。第一金属线包括第一耦合线、第一传输线以及第二传输线。第一耦合线两端分别与第一传输线及第二传输线相连，第一传输线通过第一电容与第二传输线电性连接。第二金属线包括第二耦合线、第三传输线以及第四传输线。第三传输线包括第一线节以及第二线节，第四传输线包括第三线节与第四线节。第三传输线的一端与第二耦合线电性连接，另一端接地，第四传输线的一端与第二耦合线电性连接，另一端接地。第一线节通过第二电容与第二线节电性连接，第三线节通过第三电容与第四线节电性连接，第二、四线节接地。本发明的平衡至非平衡转换器以在不影响平衡至非平衡转换器性能的前提下具有较小体积。

Description

平衡至非平衡转换器
技术领域
本发明涉及一种电子组件，尤其涉及一种平衡至非平衡转换器。
背景技术
平衡至非平衡转换器是一种在平衡式架构或信号与非平衡式架构或信号之间作转换的装置。平衡至非平衡转换器可将两个大小相同相位差180度的平衡信号结合成一个非平衡信号，也可将一个非平衡信号分离成两个大小相同相位差180度的平衡信号。
平衡至非平衡转换器通常应用于无线局域网络(Wireless Local Area Network)及个人行动通信设备中。因应行动通信设备小型化，平衡至非平衡式转换器所占的面积需相应减小。而采用传输线设计的平衡至非平衡转换器因利用耦合传输线的共振腔架构，另外加电容的方式来增加耦合线对地等效电容效应，进而缩小共振腔长度以减小体积，已得到广泛应用。常用的传输线平衡至非平衡转换器包括1/4波长的平衡至非平衡转换器与1/16波长的平衡至非平衡转换器。
现有技术的1/4波长的平衡至非平衡转换器是由两条1/4波长的耦合线组合而成。因应用于2.4GHZ频段之1/4波长耦合线的长度需近690密耳(mil)，故转换器占据面积较大，而且此种转换器需高阻抗设计，并且线宽过细、线距过近。
现有技术的1/16波长的平衡至非平衡转换器如图1所示。所述平衡至非平衡转换器被设置于基板50’上，由两条弯折的金属线10、20组合而成。第一金属线10相对于其结构中心呈镜像分布，其包括第一耦合线12与一对第一传输线14。第一耦合线12的中心连接接地贯孔(未图示)。所述第一传输线14呈弯折状，并且各自包括第一线节140。所述第一传输线14的一端分别与第一耦合线12的两端相连，所述第一传输线14的另一端为一对用于输入信号的平衡端Port2’、Port3’。在所述第一传输线14的第一线节140之间连接微型电容C1’。
第二金属线20包括第二耦合线22、第二传输线24以及第三传输线26。第二传输线24与第三传输线26皆呈弯折状，并且第二传输线24包括第二线节240，第三传输线26包括第三线节260。第二线节240与第三线节260之间连接微型电容C2’。第二传输线24的一端与第三传输线26的一端分别与第二耦合线22的两端相连，第二传输线24的另一端为用于输出信号的非平衡端Port1’，第三传输线26的另一端连接微型电容C3’。其中，电容C2’与电容C3’自第三传输线26的末端262分别向外延伸连接，并且向外延伸连接电容C2’、C3’的方向为相互垂直。
此种转换器的耦合线12、22的长度虽然为1/16波长，但向相互垂直的方向延伸连接负载电容C2’、C3’会占据转换器的面积。而且由于耦合线中心具有接地贯孔，会增大第一传输线14的第一线节140与第一耦合线12之间的距离，而使平衡至非平衡转换器面积增大，并且会使制程飘移，易影响相位差。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种平衡至非平衡式转换器，以在不影响性能的前提下具有较小体积。
一种平衡至非平衡转换器，包括第一金属线与第二金属线。第一金属线包括第一耦合线、第一传输线以及第二传输线。第一耦合线两端分别与第一传输线及第二传输线相连。第一传输线包括第一平衡端，第二传输线包括第二平衡端。第一传输线通过第一电容与第二传输线电性连接。第二金属线包括第二耦合线、第三传输线以及第四传输线。第一耦合线与第二耦合线相对设置且相互平行。第三传输线包括第一线节以及第二线节，第四传输线包括第三线节与第四线节。第三传输线的一端与第二耦合线电性连接，另一端接地，第四传输线的一端与第二耦合线电性连接，另一端接地；第一线节通过第二电容与第二线节电性连接，第三线节通过第三电容与第四线节电性连接，第二、四线节接地。其中，第一线节与第三线节二者之一包括非平衡端。
上述平衡至非平衡转换器不需于共振腔差动中心处外加接地贯孔，而且整体电路与外加电容具有较佳的排列方式，不仅可以减小平衡至非平衡转换器所占的体积，而且还具有匹配的低入射损耗及反射损耗。
附图说明
图1为现有技术的平衡至非平衡转换器的示意图。
图2为本发明实施方式中平衡至非平衡转换器的示意图。
图3为经电磁模拟所得本发明实施方式中平衡至非平衡转换器的入射损耗及反射损耗特性的测试图。
图4为经电磁模拟所得本发明实施方式中信号输入与输出的相位测试图。
图5为平衡端的信号相位差的测试图。
具体实施方式
请参阅图2，所示为本发明实施方式中平衡至非平衡转换器的示意图。在本实施方式中，平衡至非平衡转换器设置于基板50上，其包括第一金属线30与第二金属线40。第一金属线30与第二金属线40并行设置，且分别相对于各自的结构中心呈镜像分布。本实施方式的平衡至非平衡转换器是由导电材质制成，并应用于2.4GHz的频段。在本实施方式中，所述导电材质为铜线。
第一金属线30包括第一耦合线32、第一传输线34以及第二传输线36。第一耦合线32的两端分别与第一传输线34以及第二传输线36相连。第一传输线34与第二传输线36皆呈弯折状，并且第一传输线34、第一耦合线32以及第二传输线36依次相连，共同形成一个共振腔。第一传输线34包括第一平衡端Port2，第二传输线36包括第二平衡端Port3。在本实施方式中，第一平衡端Port2与第二平衡端Port3用于平衡输入两个相位差180度的信号。第一传输线34与第二传输线36之间连接微型电容C1。在本实施方式中，微型电容C1的电容值为1PF。
第二金属线40包括第二耦合线42、第三传输线44以及第四传输线46。第二耦合线42的两端分别与第三传输线44以及第四传输线46相连。第一耦合线32与第二耦合线42相对设置且相互平行。
第三传输线44包括第一线节440与第二线节442。第一线节440通过微型电容C2与第二线节442电性连接。在本实施方式中，微型电容C2的电容值为1PF。第一线节440包括非平衡端Port1。在本实施方式中，非平衡端Port1用于输出信号。
第四传输线46包括第三线节460与第四线节462。第三线节460通过微型电容C3与第四线节462电性连接。在本实施方式中，微型电容C3的电容值为1PF。
在本发明的其他实施方式中，非平衡端Port1也可设置于第三线节460上。
第三传输线44的一端与第二耦合线42相连，另一端连接一个接地贯孔(未图示)。第四传输线46的一端与第二耦合线42相连，另一端连接一个接地贯孔(未图示)。其中，第三传输线44与第四传输线46皆呈弯折状，并且第三传输线44、第二耦合线42以及第四传输线46依次相连，共同形成一个共振腔。在本实施方式中，所述共振腔成“C”形。
在本实施方式中，第一耦合线32与第二耦合线42的长度皆为1/16波长，平衡端Port2、Port3以及非平衡端Port1为所述平衡至非平衡转换器的50欧姆(ohm)匹配阻抗。在本发明的其它实施方式中，亦可将信号由非平衡端Port1输入，自平衡端Port2、Port3输出。
由于平衡至非平衡转换器的耦合线32、34都不具有接地贯孔，故可缩短共振腔的长度，进而缩小平衡至非平衡转换器所占的面积。
请参阅图3，所示为经电磁模拟所得本发明实施方式中平衡至非平衡转换器的入射损耗及反射损耗特性的测试图。图中横轴表示通过平衡至非平衡转换器的信号的频率(单位：GHz)，纵轴表示幅度(单位：dB)，象限区包括入射的散射参数(S-parameter：S21、S31)的幅度以及反射的散射参数(S-parameter：S11)的幅度。
入射的散射参数(S21)表示信号通过第一平衡端Port2输入自非平衡端Port1输出的输入功率与输出功率之间的关系，其相应的数学函数为：
输出功率/输入功率(dB)＝20×Log|S21|。
入射的散射参数(S31)表示信号通过第二平衡端Port3输入自非平衡端Port1输出的输入功率与输出功率之间的关系，其相应的数学函数为：
输出功率/输入功率(dB)＝20×Log|S31|。
信号在平衡至非平衡转换器的传输过程中，信号的部分功率被反射回信号源。被反射回信号源的功率称为反射功率。反射的散射参数(S11)表示信号通过平衡至非平衡转换器的非平衡端Port1的入射功率与反射功率之间的关系，其相应的数学函数如下：
反射功率/入射功率(dB)＝20×Log|S11|。
曲线|S21|、|S31|表示入射损耗，即表示有多少信号被传输到非平衡端Port1，该值越大则传输的效率越高，平衡至非平衡转换器的性能越好。从曲线|S21|、|S31|可观察到，在中心频率为2.4Ghz时，信号的入射损耗接近理想值-3dB。曲线|S11|表示反射损耗，即表示有多少信号被反射回平衡端Port2、Port3，在通带频段内，一般低于-10dB则信号的反射损耗很小。从曲线|S11|可观察到，在通带频段内，信号的反射损耗为近似-16dB，因此信号的反射损耗很小。故本发明实施方式的平衡至非平衡转换器具有良好的性能。
请参阅图4，所示为经电磁模拟所得本发明实施方式中信号输入与输出的相位测试图。图中横轴表示通过平衡至非平衡转换器的信号的频率(单位：GHz)，纵轴表示信号相位(单位：Deg)。信号由平衡端Port2、Port3输入自非平衡端Port1输出，曲线|S21’|表示非平衡端Port1相对于第一平衡端Port2的信号相位，曲线|S31’|表示非平衡端Port1相对于第二平衡端Port3的信号相位。从曲线|S21’|、|S31’|可观察到，在中心频率处，第一平衡端Port2与第二平衡端Port3的信号可达相位差180度。
图5为第一平衡端Port2与第二平衡端Port3的信号相位差的测试图。由图可知，在2.2~2.7GHz通带频段范围内，第一平衡端Port2与第二平衡端Port3之间的信号相位差皆接近于180度，因而本发明实施方式的平衡至非平衡转换器具有较佳的平衡信号输入或输出。
本发明实施方式的平衡至非平衡转换器由一对金属线30、40组合而成。每个金属线30、40的耦合线32、42皆不具有接地贯孔，即不需于共振腔差动中心处连接接地贯孔，从而可使整体电路与外接的负载电容C2、C3具有较佳的排列方式。故，本发明的平衡至非平衡转换器以在不影响信号输入与输出相位差的情况下，具有匹配的低入射损耗及反射损耗，而且可进一步的缩小体积。

Claims (8)

  1. 【权利要求1】一种平衡至非平衡转换器，其特征在于包括：
    第一金属线，包括第一耦合线、第一传输线以及第二传输线，所述第一耦合线的两端分别与所述第一传输线以及所述第二传输线相连，并且所述第一传输线包括第一平衡端，所述第二传输线包括第二平衡端；
    第二金属线，包括第二耦合线、第三传输线以及第四传输线，所述第三传输线的一端与所述第二耦合线电性连接，另一端接地，所述第四传输线的一端与所述第二耦合线电性连接，另一端接地；
    其中，所述第一耦合线与所述第二耦合线相对设置；
    所述第三传输线更包括第一线节与第二线节，所述第四传输线包括第三线节与第四线节，所述第一线节通过第二电容与所述第二线节电性连接，所述第三线节通过第三电容与所述第四线节电性连接，所述第二、四线节接地；
    所述第一线节与所述第三线节二者之一包括非平衡端。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的平衡至非平衡转换器，其特征在于所述第一金属线与所述第二金属线相对于各自的结构中心呈镜像分布。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的平衡至非平衡转换器，其特征在于所述第一传输线、所述第一耦合线与所述第二传输线依次相连共同形成共振腔，所述第三传输线、所述第二耦合线与所述第四传输线依次相连共同形成共振腔。
  4. 【权利要求4】如权利要求3所述的平衡至非平衡转换器，其特征在于所述共振腔成“C”形。
  5. 【权利要求5】如权利要求1所述的平衡至非平衡转换器，其特征在于所述第一平衡端与所述第二平衡端皆用于输入信号，所述非平衡端用于输出信号。
  6. 【权利要求6】如权利要求1所述的平衡至非平衡转换器，其特征在于所述非平衡端用于输入信号，所述第一平衡端与第二平衡端用于输出信号。
  7. 【权利要求7】如权利要求1所述的平衡至非平衡转换器，其特征在于所述第一、第二
    平衡端及所述非平衡端为平衡至非平衡转换器的50欧姆匹配阻抗。
  8. 【权利要求8】如权利要求1所述的平衡至非平衡转换器，其特征在于所述第一耦合线与所述第二耦合线相互平行。
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