CN102969553B - 一种巴伦器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种巴伦器。其第一电容元件连接第一端及第六端，第一电感元件连接第一端及第五端，第二电感元件连接第二端及第四端，第二电容元件连接第二端及第五端，第三电容元件连接第三端及第五端。第一端、第二端及第三端均为输入输出端，第一端与第二端同时作为输入端或输出端，第四端为直流稳压源输入端，第五端为线路连接端，第六端为接地端。相对传统的巴伦器，具有更为精简的拓扑结构，大大降低射频装置的成本，而性能与传统巴伦器一样。

Description

一种巴伦器

技术领域

本发明涉及通讯射频技术，特别是涉及一种巴伦器。

背景技术

目前，通讯产品中通讯装置的射频模块包括天线、功率放大器（PA）、巴伦器及滤波器等。

巴伦器（balance-unbalance，Balun）也称平衡转换器，是微波平衡混频器、倍频器、推挽放大器和天线馈电网络等平衡电路布局的关键部件，巴伦器主要有两大特性：一是频率宽带特性，其次是具有阻抗匹配的功能。因而巴伦在通讯设备射频电路当中得到了广泛应用，也成为了一项射频电路设计的关键技术，直接影响着无线通信的性能和质量。

如图1所示，为现有巴伦器的工作原理结构图，U1、U2为差分端，Us为单端。图1中L1、L2为电感元件，其电感值分别为L₁、L₂，C1、C2为电容元件，其电容值分别为C₁、C₂，GND为接地。U3与U1、U2的数学关系式为：

其中，ω为入射信号中心频率，j为数学上的虚数。当L1=L2，C1=C2时，U1和U2的幅度相等，相位相差180度，因此适合在平衡-非平衡转换系统中应用。

但现有的巴伦器，结构复杂，涉及器件较多，不利于射频模块的进一步集成。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种巴伦器，其结构更为精简，成本更低，而性能没有降低。

为实现本发明目的而提供的一种巴伦器，包括第一端、第二端、第三端、第四端、第五端、第六端；

所述第一端、第二端及第三端均为输入输出端，所述第四端为直流稳压源输入端，所述第五端为连接端，所述第六端接地；

还包括:

一第一电容元件，连接所述第一端及所述第六端；所述第一端用以输入/输出一第一信号，所述第六端电性连接一接地端；

一第一电感元件，连接所述第一端及所述第五端；

一第二电感元件，连接所述第二端及所述第四端；

一第二电容元件，连接所述第二端及所述第五端；

一第三端电感元件，连接所述第四端及所述第五端；

一第三端电容元件，连接第三端及第五端。

较优地，作为一种可实施例，所述第一端、第二端同时作为输入或输出端；

所述第一端、第二端作为输入端时，所述第三端作为输出端；所述第三端作为输入端时，所述第一端、第二端作为输出端。

较优地，作为一种可实施例，当所述第一端、第二端作为输入端时，输入信号应为幅度相等，相位相差180度。

较优地，作为一种可实施例，所述第一电容元件电容值与所述第二电容元件电容值相等；所述第一电感元件电感值与所述第二电感元件电感值相等；所述第三电感元件电感值远大于第二电感元件电感值。

较优地，作为一种可实施例，所述第一电容元件与所述第一电感元件并联，且所述第一电容元件一端接地。

较优地，作为一种可实施例，所述第二电容元件与所述第二电感元件并联，且第二电感元件的一端接直流稳压源。

较优地，作为一种可实施例，所述直流稳压源的电压值为+3.3V；所述第二电感元件的电感值为10nH，所述第三电感元件的电感值为270nH。

较优地，作为一种可实施例，所述第一电感元件与所述第三电容元件串联；所述第二电容元件与所述第三电容元件串联；所述第二电感元件与所述第三电感元件并联。

较优地，作为一种可实施例，所述第三电容元件用以隔断直流；所诉第三电感元件用以隔断交流；所述第二电感元件既用以隔断交流，同时用以与所述第二电容元件共同作用，产生谐振频率。

附图说明

图1为现有的有源巴伦器拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例的巴伦器结构示意图。

具体实施方式

为了本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参考附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例的巴伦器，如图2所示，包括第一端、第二端、第三端、第四端、第五端、第六端；

所述第一端、第二端及第三端均为输入输出端，所述第四端为直流稳压源输入端，所述第五端为连接端，所述第六端接地；

本发明实施例的巴伦器，还包括：

一第一电容元件、一第一电感元件、一第二电容元件、一第二电感元件、一第三电容元件及一第三电感元件。

第一电容元件连接第一端及第六端；

第一电感元件连接第一端及第五端；

第二电感元件连接第二端及第四端；

第二电容元件连接第二端及第五端；

第三电容元件连接第三端及第五端。

较佳地，作为一种可实施方式，第一电容元件与第一电感元件并联，第二电容元件与第二电感元件、第三电感元件均串联，第三电容元件与第一电感元件、第二电容元件均串联。

较佳地，作为一种可实施方式，第一端、第二端及第三端均为输入输出端，第一端与第二端只能同时作为输入端或输出端。其中，第一端、第二端作为输入端时，第三端作为输出端；第三端作为输入端时，第一端、第二端作为输出端。第四端为直流稳压源输入端。第五端为线路连接端，第六端为接地端。

若第一端与第二端作为输入端，两端输入信号应为幅度相等，相位相差180度的差分信号。

图2为本发明实施例的巴伦器结构示意图，现结合图2对本发明一种改进的巴伦器的结构进行说明，具体如下：

一种改进的巴伦器包括第一电容元件C1、第一电感元件L1、第二电容元件C2、第二电感元件L2、第三电容元件C3及第三电感组件L3。第一电容元件C1连接第一端E1及第六端E6，第一电感元件L1连接第一端E1及第五端E5，第二电容元件C2连接第二端E2及第五端E5，第二电感元件L2连接第二端E2及第四端E4，第三电容元件C 3连接第三端E 3及第五端E5，第三电感元件L 3连接第四端E4及第五端E5。第一电容元件C1与第一电感元件L1并联，第二电容元件C2与第二电感元件L2、第三电感元件L3均串联，第三电容元件C 3与第一电感元件L1、第二电容元件C2均串联。第四端E4接直流稳压源，第六端E6接地GND。

如图2所示，第四端E4接直流稳压源，典型输入值为+3.3V，直流电流分别依次经过第三电感元件L3、第五端E5、第一电感元件L1到达第一端E1，和经过第二端电感L2到达第二端E2，驱动功率放大器（PA）芯片对差分信号进行放大；其中，第一电容元件C1的电容值C₁等于第二电容元件C2的电容值C₂，第一电感元件L1的电感值L₁等于第二电感元件L2的电感值L₂；其中，第三电感元件L3的电感值远大于第二电感元件L2电感值，例如，第二电感元件的典型值为10nH，而第三电感元件L3的典型值为270nH，这样，第三电感元件可以很好地隔断交流，避免直流稳压源干扰信号的正常传输；

第三电容元件C3用以隔断直流，避免直流稳压源干扰经过第三端E 3的信号输入或输出。

对图2做分析，令C₁=C₂=C，L₁=L₂=L若第一端E1的负载电阻值为R，则第一端E1的阻抗Z₁有：

$Z_1=\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}+\mathrm{j\ωL}//R=\frac{r+\mathrm{j\ωL}-{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{LCR}}{\mathrm{j\ωC}(R+\mathrm{j\ωL})}=\frac{R+\mathrm{j\ωL}-{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{LCR}}{\mathrm{j\ωRC}-{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{LC}}$

其中，ω为入射信号中心频率，j为数学上的虚数。由于第二电感元件L2和第三电感元件L3并联，则并联电感值Ls有： $\mathrm{j\ωLs}=j{\mathrm{\ωL}}_2//j{\mathrm{\ωL}}_3=\frac{\mathrm{j\ω}{L}_2{L}_3}{L_2+L_3},$ 由于L₃远大于L₂，因此有jωL_s≈jωL₂=jωL，

则第二端E2的阻抗Z₂有：

$Z_2=\mathrm{j\ωL}+\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}//R=\mathrm{j\ωL}+\frac{R}{1+\mathrm{j\ωRC}}=\frac{R+\mathrm{j\ωL}-{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{LCR}}{1+\mathrm{j\ωRC}}$

若LC在ω₀处谐振，则有令K=R+jωL-ω²LCR则：

$Z_1=\frac{K}{j{\mathrm{\ω}}_0\mathrm{RC}-1}=\frac{1+j{\mathrm{\ω}}_0\mathrm{RC}}{1+{\mathrm{\ω}}_0^2{R}^2{C}^2}K$

$Z_2=\frac{K}{j{\mathrm{\ω}}_0\mathrm{RC}+1}=\frac{1-j{\mathrm{\ω}}_0\mathrm{RC}}{1+{\mathrm{\ω}}_0^2{R}^2{C}^2}K$

可见，第一端E1与第二端E2在谐振点阻抗共轭，实现了巴伦功能。

因此，当第一端E1与第二端E2作为输入端，第三端E 3作为输出端时，第一端E1与第二端E2的输入信号为幅度相等、相位相差180度的差分信号。经过巴伦器电路，差分信号转换为单端信号输出；当第三端E3作为输入端，第一端与第二端作为输出端时，第三端输入信号经巴伦器电路，将单端信号转换为两个幅度相等，相位相差180度的两路差分信号输出。

本发明实施例的巴伦器，相对传统的巴伦器，具有更为精简的拓扑结构，大大降低射频装置的成本，而性能与传统巴伦器一样。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种巴伦器，其特征在于，包括第一端、第二端、第三端、第四端、第五端、第六端；

所述第一端、第二端及第三端均为输入输出端，所述第四端为直流稳压源输入端，所述第五端为连接端，所述第六端接地；

还包括：

一第一电容元件，连接所述第一端及所述第六端；所述第一端用以输入/输出一第一信号，所述第六端电性连接一接地端；

一第一电感元件，连接所述第一端及所述第五端；

一第二电感元件，连接所述第二端及所述第四端；

一第二电容元件，连接所述第二端及所述第五端；

一第三电感元件，连接所述第四端及所述第五端；

一第三电容元件，连接第三端及第五端。

2.根据权利要求1所述的巴伦器，其特征在于，所述第一端、第二端同时作为输入或输出端；

所述第一端、第二端作为输入端时，所述第三端作为输出端；所述第三端作为输入端时，所述第一端、第二端作为输出端。

3.根据权利要求2所述的巴伦器，其特征在于，当所述第一端、第二端作为输入端时，输入信号应为幅度相等，相位相差180度。

4.根据权利要求1所述的巴伦器，其特征在于，所述第一电容元件电容值与所述第二电容元件电容值相等；所述第一电感元件电感值与所述第二电感元件电感值相等；所述第三电感元件电感值远大于第二电感元件电感值。

5.根据权利要求1所述的巴伦器，其特征在于，所述第一电容元件与所述第一电感元件并联，且所述第一电容元件一端接地。

6.根据权利要求1所述的巴伦器，其特征在于，所述第二电容元件与所述第二电感元件并联，且第二电感元件的一端接直流稳压源。

7.根据权利要求4所述的巴伦器，其特征在于，所述直流稳压源的电压值为+3.3V；第二电感元件的电感值为10nH，第三电感元件的电感值为270nH。

8.根据权利要求1所述的巴伦器，其特征在于，所述第一电感元件与所述第三电容元件串联；所述第二电容元件与所述第三电容元件串联；所述第二电感元件与所述第三电感元件并联。

9.根据权利要求1所述的巴伦器，其特征在于，所述第三电容元件用以隔断直流；所述第三电感元件用以隔断交流；所述第二电感元件既用以隔断交流，同时用以与所述第二电容元件共同作用，产生谐振频率。