CN104362989A - 一种传输线平衡器和功放阻抗匹配电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传输线平衡器和功放阻抗匹配电路，所述传输线平衡器由三层介质层和两层带状线的导带组成，上层导带为U型结构，下层导带为螺旋线结构，上层导带通过射频强耦合，将所述下层导带的信号耦合至所述上层导带，平均输出到所述上层导带的两个输出端口，使上层导带的两个端口可以根据与其相连接的功放端口的阻抗值任意改变其阻抗，从而实现宽范围的阻抗匹配，达到与功放匹配的要求；将所述传输线平衡器应用到功放阻抗匹配电路中，匹配电路无需额外的阻抗变换就可以很好地匹配到功放端的阻抗值，驱动两路相互独立的功率放大器，从而有效的减少匹配电路中的匹配电容和隔直电容等元器件，提高功放的集成度。

Description

一种传输线平衡器和功放阻抗匹配电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域中射频技术，特别涉及一种传输线平衡器和功放阻抗匹配电路。

背景技术

在大功率射频应用中，单个功率放大器的功率输出能力有限，需要对多个功率放大器进行功率合成。利用推挽结构进行功率分配是一种常用的功率分配合成方法。

传输线平衡器即Balancing Device，其主要作用是完成由单端传输(如同轴线、微带线)变换为差分传输(如半波振子天线、推挽电路)之间的转换，又称为平衡-不平衡变换器即Balance-Unbalance，英文将其合并缩写成为一个新词Balun，音译为巴伦，下文中将统称为传输线平衡器。传输线平衡器是推挽结构功率分配合成方法的核心部件，目前市场上常用的传输线平衡器是非平面结构的同轴线平衡器，其可实现的阻抗变换能力有限。

发明内容

本发明的一个目的在于提供了一种传输线平衡器，以解决现有非平面结构的同轴线平衡器阻抗变换能力有限的问题。

本发明的另一个目的在于提供了一种功放阻抗匹配电路，以利用推挽结构进行功率分配，实现宽范围的阻抗匹配。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明实施例提供一种传输线平衡器，所述传输线平衡器由三层介质层和两层平行的带状导带组成；其中，上层导带为U型结构，下层导带为螺旋线结构，

所述上层导带敷在中间介质层的上面，所述下层导带敷在中间介质层的下面，另外上下两层介质层包覆并固定所述上、下层导带以及中间介质层；

所述上层导带通过射频强耦合，将所述下层导带的信号耦合至所述上层导带，并平均输出到所述上层导带的U型结构的两个端口。

优选的，所述下层导带的螺旋线结构的长度为射频信号的波长的四分之一。

优选的，所述上层导带的U型结构覆盖所述下层导带的螺旋线结构。

其中，所述上层导带的U型结构的两个端口输出的射频信号的幅度相等，相位相差180°。

优选的，所述传输线平衡器设置在印刷电路板中，其中上层导带印刷在中间介质层的上面，下层导带印刷在中间介质层的下面。

上述技术方案实现的传输线平衡器，其上层导带通过射频强耦合，将下层导带的信号耦合至上层导带，平均输出到上层导带的两个输出端口，使上层导带的两个输出端口可以根据与其相连接的功放端口的阻抗值任意改变其阻抗，从而实现宽范围的阻抗匹配，达到与功放匹配的要求。

另一方面，本发明实施例提供一种功放阻抗匹配电路，包括：上述的传输线平衡器T，偏置电路，补偿电路，以及两个相同的场效应晶体管V1、V2；

所述传输线平衡器T的一输入端接入射频信号，另一输入端接地；

所述场效应晶体管V1、V2的漏极端分别输出射频信号，源极端分别接地；

所述传输线平衡器T的两个输出端分别连接所述场效应晶体管V1、V2的栅极端，用于对所述场效应晶体管V1、V2进行阻抗匹配和功率分配；

所述偏置电路，接入所述传输线平衡器T的一个输出端，用于为所述场效应晶体管V1、V2提供工作电压；

所述补偿电路，接在所述传输线平衡器T的两个输出端与所述场效应晶体管V1、V2的两个栅极端之间，用于改善传输线平衡器T的两个输出端输出信号的平衡度，增加两个输出端之间的隔离度。

需要说明的是，下层导带的螺旋线结构的两个端口作为所述传输线平衡器T的接入射频信号的两个输入端；

所述上层导带的U型结构的两个端口作为所述传输线平衡器T的两个输出端。

其中，所述下层导带的螺旋线结构的外端作为所述传输线平衡器T的接入射频信号的输入端；所述下层导带的螺旋线结构的里端通过打通孔的方式接地作为所述传输线平衡器T的接地的输入端。

具体的，所述补偿电路包括第一电阻R1和第一电容C1，所述第一电阻R1和所述第一电容C1并联连接在所述传输线平衡器T的两个输出端与所述场效应晶体管V1、V2的栅极端的两个连接点之间。

所述偏置电路包括输入电压源Vgg、偏置电阻R2、第二电容C2和第三电容C3；

所述第二电容C2和第三电容C3为并联结构，并联结构的一端连接所述输入电压源Vgg，并联结构的另一端接地；

所述偏置电阻R2的一端连接所述输入电压源Vgg，另一端接入所述传输线平衡器T的一个输出端。

上述技术方案实现的功放阻抗匹配电路，利用上述传输线平衡器的上层导带两个输出端口输出信号的幅度相等，相位相差180°的特性，实现推挽结构形式，从而使功放阻抗匹配电路无需额外的阻抗变换就可以很好地匹配到功放端的阻抗值，驱动两路相互独立的功率放大器，能够有效的减少匹配电路中的匹配元器件，提高功放的集成度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种传输线平衡器的上、下层导带的示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种功放阻抗匹配电路的结构框图；

图3为本发明实施例二提供的一种功放阻抗匹配电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种传输线平衡器的示意图，所述传输线平衡器T为一种带状线的强耦合结构，由三层介质层和两层平行的带状导带组成；其中，上层导带UL为U型结构，下层导带LL为螺旋线结构，

上层导带UL敷在中间介质层的上面，下层导带LL敷在中间介质层的下面，另外上、下两层介质层包覆并固定所述上、下层导带以及中间介质层；

上层导带UL通过射频强耦合，将下层导带LL的信号耦合至上层导带UL，并平均输出到上层导带UL的U型结构的两个端口3、4。

优选的，下层导带LL的螺旋线结构的长度为射频信号的波长的四分之一，以使得下层导带LL中的射频信号能够全部耦合至上层导带UL中。

优选的，上层导带UL的U型结构覆盖下层导带LL的螺旋线结构，以使上、下层导带耦合效果最好。

其中，上层导带的U型结构的两个端口输出的射频信号的幅度相等，相位相差180°。

在实际应用中，所述传输线平衡器设置在印刷电路板中，由上至下包括：上层介质层、上层导带、中间介质层、下层导带、下层介质层，其中上层导带印刷在中间介质层的上面，下层导带印刷在中间介质层的下面；其中上层导带UL以及下层导带LL为铜片或铜箔，上、下两层介质层包覆并用螺钉固定上、下层导带以及中间介质层。

上述方案所述的传输线平衡器T的下层导带LL的螺旋线结构的外端1匹配到标准的50Ω阻抗，上层导带UL的两个端口3、4可以根据与其相连接的功放端口的阻抗值任意改变其阻抗，从而实现宽范围的阻抗匹配，达到与功放匹配的要求。

实施例二

图2为本发明实施例提供的一种功放阻抗匹配电路的结构框图，该功放阻抗匹配电路包括：实施例一中所述的传输线平衡器T，偏置电路21，补偿电路22，以及两个相同的场效应晶体管V1、V2。

传输线平衡器T的一输入端P1接入射频信号，另一输入端P2接地；

场效应晶体管V1、V2的漏极D端分别输出射频信号，源极S端分别接地；

传输线平衡器T的两个输出端P3、P4分别连接场效应晶体管V1、V2的栅极G端，用于对场效应晶体管V1、V2进行阻抗匹配和功率分配；

偏置电路21，接入传输线平衡器T的一个输出端P3或P4(图中偏置电路21接入传输线平衡器T的输出端P3)，用于为所述场效应晶体管V1、V2提供工作电压。

其中，下层导带LL的螺旋线结构的外端1作为传输线平衡器T的输入端P1；上层导带UL的U型结构的两个端口3、4分别作为传输线平衡器T的两个输出端P3、P4；下层导带LL的螺旋线结构的里端2通过打通孔的方式接地作为传输线平衡器T的接地端P2，以使得下层导带LL能够将全部信号耦合至上层导带UL中，平衡输出。

需要说明的是，传输线平衡器T的输出端P3、P4输出的信号理论上，幅度相等，相位相反，实际上由于带装导带介质的不均匀会产生不平衡。

补偿电路22，接在传输线平衡器T的两个输出端P3、P4与所述场效应晶体管V1、V2的栅极G端的两个连接点之间，用于改善传输线平衡器T的两个输出端P3、P4输出信号的平衡度，增加其输出端P3、P4之间的隔离度。

具体的，如图3所示，补偿电路22包括第一电阻R1和第一电容C1；

第一电阻R1和第一电容C1的1端连接到传输线平衡器T的输出端P3，其2端连接到传输线平衡器T的输出端P4。

偏置电路21包括输入电压源Vgg、偏置电阻R2、第二电容C2和第三电容C3；

第二电容C2、第三电容C3以及偏置电阻R2的1端连接到输入电压源Vgg，第二电容C2、第三电容C3的2端接地，偏置电阻R2的2端连接到所述传输线平衡器T的输出端P3。

在实际应用中，补偿电路21中的第一电容C1的容值一般为几十皮法，第一电阻R1的阻值一般为十欧姆左右；所述偏置电阻R2的阻值一般为一百欧姆左右，第二电容C2的容值为一千皮法，第三电容C3的容值为一万皮法。

上述技术方案，通过将传输线平衡器T应用在功放输入匹配电路中，从而使匹配电路无需额外的阻抗变换电路就可以很好的匹配到功放端口的阻抗值，驱动两路相互独立的功率放大器，减少匹配电路中的元器件数量，提高功放集成度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种传输线平衡器，其特征在于，所述传输线平衡器由三层介质层和两层平行的带状导带组成；其中，上层导带为U型结构，下层导带为螺旋线结构，

所述上层导带敷在中间介质层的上面，所述下层导带敷在中间介质层的下面，另外上下两层介质层包覆并固定所述上、下层导带以及中间介质层；

所述上层导带通过射频强耦合，将所述下层导带的信号耦合至所述上层导带，并平均输出到所述上层导带的U型结构的两个端口。

2.根据权利要求1所述的传输线平衡器，其特征在于，所述下层导带的螺旋线结构的长度为射频信号的波长的四分之一。

3.根据权利要求1所述的传输线平衡器，其特征在于，所述上层导带的U型结构覆盖所述下层导带的螺旋线结构。

4.根据权利要求1所述的传输线平衡器，其特征在于，

所述上层导带的U型结构的两个端口输出的射频信号的幅度相等，相位相差180°。

5.根据权利要求1-4任一项所述的传输线平衡器，其特征在于，所述传输线平衡器设置在印刷电路板中，其中上层导带印刷在中间介质层的上面，下层导带印刷在中间介质层的下面。

6.一种功放阻抗匹配电路，其特征在于，包括：如权利要求1～4中任一项所述的传输线平衡器T，偏置电路，补偿电路，以及两个相同的场效应晶体管V1、V2；

所述传输线平衡器T的一输入端接入射频信号，另一输入端接地；

所述场效应晶体管V1、V2的漏极端分别输出射频信号，源极端分别接地；

所述传输线平衡器T的两个输出端分别连接所述场效应晶体管V1、V2的栅极端，用于对所述场效应晶体管V1、V2进行阻抗匹配和功率分配；

所述偏置电路，接入所述传输线平衡器T的一个输出端，用于为所述场效应晶体管V1、V2提供工作电压；

所述补偿电路，接在所述传输线平衡器T的两个输出端与所述场效应晶体管V1、V2的两个栅极端之间，用于改善传输线平衡器T的两个输出端输出信号的平衡度，增加两个输出端之间的隔离度。

7.根据权利要求6所述的功放阻抗匹配电路，其特征在于，

所述下层导带的螺旋线结构的两个端口作为所述传输线平衡器T的两个输入端；

所述上层导带的U型结构的两个端口作为所述传输线平衡器T的两个输出端。

8.根据权利要求7所述的功放阻抗匹配电路，其特征在于，

所述下层导带的螺旋线结构的外端作为所述传输线平衡器T的接入射频信号的输入端；

所述下层导带的螺旋线结构的里端通过打通孔的方式接地作为所述传输线平衡器T的接地的输入端。

9.根据权利要求6所述的功放阻抗匹配电路，其特征在于，

所述补偿电路包括第一电阻R1和第一电容C1，所述第一电阻R1和所述第一电容C1并联连接在所述传输线平衡器T的两个输出端与所述场效应晶体管V1、V2的栅极端的两个连接点之间。

10.根据权利要求6所述的功放阻抗匹配电路，其特征在于，

所述偏置电路包括输入电压源Vgg、偏置电阻R2、第二电容C2和第三电容C3；

所述第二电容C2和第三电容C3为并联结构，并联结构的一端连接所述输入电压源Vgg，并联结构的另一端接地；

所述偏置电阻R2的一端连接所述输入电压源Vgg，另一端接入所述传输线平衡器T的一个输出端。