CN111106420B - 一种微带共面波导混合结构的巴伦电路及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种微带共面波导混合结构的巴伦电路，包括：半波长耦合线、四分之一波长耦合线、矩形调整结构及金属接地平面设置于第一电路层；半波长耦合线、四分之一波长耦合线与金属接地平面组成共面波导结构；矩形调整结构与金属接地平面电连接；单端信号微带传输线、平衡信号微带传输线、接地补偿传输线和平衡信号补偿耦合线设置于第二电路层；第一电路层和第二电路层之间具有介质层，介质层具有过孔结构；单端信号微带传输线和平衡信号微带传输线通过过孔结构与共面波导结构电连接；接地补偿传输线和平衡信号补偿耦合线通过过孔结构与金属接地平面电连接。及一种微带共面波导混合结构的巴伦电路的设计方法。
Description
技术领域
本申请涉及微波射频电路技术，尤其涉及一种微带共面波导混合结构的巴伦电路及设计方法。
背景技术
巴伦电路(balun)表示平衡不平衡转换器，其可以实现差分信号与单端信号之间的互相转换,并完成阻抗匹配，在天线、微波平衡混频器及推挽放大器等多种射频器件中都具有重要作用。
设计实现超宽带、小型化、易于集成、性能优异的巴伦电路正在成为一个研究热点。现有的平面巴伦电路结构复杂，设计分析过程冗长，耦合度较低，工作频带较窄，无法满足宽带应用情境。
发明内容
本申请实施例提供一种微带共面波导混合结构的巴伦电路，所述巴伦电路包括：第一电路层和第二电路层，所述第一电路层和所述第二电路层之间具有介质层，所述介质层具有多个过孔结构；其中，
所述第一电路层，具有半波长耦合线、四分之一波长耦合线、矩形调整结构及金属接地平面；所述半波长耦合线、所述四分之一波长耦合线与所述金属接地平面组成共面波导结构；所述矩形调整结构与所述金属接地平面电连接；
所述第二电路层，具有单端信号微带传输线、平衡信号微带传输线、接地补偿传输线和平衡信号补偿耦合线；
所述单端信号微带传输线和所述平衡信号微带传输线通过所述多个过孔结构与所述共面波导结构电连接；
所述接地补偿传输线和所述平衡信号补偿耦合线通过所述多个过孔结构与所述金属接地平面电连接。
在一些实施例中，
所述平衡信号微带传输线包括第一平衡信号微带子传输线和第二平衡信号微带子传输线；
所述第一平衡信号微带子传输线和所述第二平衡信号微带子传输线对称设置于所述平衡信号补偿耦合线的两侧。
在一些实施例中，
所述四分之一波长耦合线包括第一四分之一波长子耦合线和第二四分之一波长子耦合线；
所述第一四分之一波长子耦合线和所述第二四分之一波长子耦合线分别与所述金属接地平面电连接。
在一些实施例中，
所述单端信号微带传输线和所述平衡信号微带传输线通过所述多个过孔结构与所述共面波导结构电连接，包括：
所述单端信号微带传输线通过第一过孔结构与所述半波长耦合线电连接；
所述第一四分之一波长子耦合线通过第二过孔结构与所述第一平衡信号微带子传输线电连接；
所述第二四分之一波长子耦合线通过第三过孔结构与所述第二平衡信号微带子传输线电连接。
在一些实施例中，
所述矩形调整结构包括第一矩形驻波调整子结构和第二矩形驻波调整子结构；
所述矩形调整结构与所述金属接地平面电连接，包括：所述第一矩形驻波调整子结构和所述第二矩形驻波调整子结构分别与所述金属接地平面电连接。
本申请实施例提供一种微带共面波导混合结构的巴伦电路的设计方法，所述方法包括：
在介质层上设置多个过孔结构；在介质层的第一侧形成第一电路层，在介质层的第二侧形成第二电路层，所述第一电路层和所述第二电路层能够通过所述多个过孔结构连接；
形成所述第一电路层时，形成有半波长耦合线、四分之一波长耦合线、矩形调整结构及金属接地平面；所述半波长耦合线、所述四分之一波长耦合线和所述金属接地平面组成共面波导结构；所述矩形调整结构与所述金属接地平面电连接；
形成所述第二电路层时，形成有单端信号微带传输线、平衡信号微带传输线、接地补偿传输线和平衡信号补偿耦合线；
所述单端信号微带传输线和所述平衡信号微带传输线通过所述多个过孔结构与所述共面波导结构电连接；
所述接地补偿传输线和所述平衡信号补偿耦合线通过所述多个过孔结构与所述金属接地平面电连接。
在一些实施例中，
所述平衡信号微带传输线包括第一平衡信号微带子传输线和第二平衡信号微带子传输线；
所述第一平衡信号微带子传输线和所述第二平衡信号微带子传输线对称设置于所述平衡信号补偿耦合线的两侧。
在一些实施例中，
所述四分之一波长耦合线包括第一四分之一波长子耦合线和第二四分之一波长子耦合线；
所述第一四分之一波长子耦合线和所述第二四分之一波长子耦合线分别与所述金属接地平面电连接。
在一些实施例中，
所述单端信号微带传输线和所述平衡信号微带传输线通过所述多个过孔结构与所述共面波导结构电连接，包括：
所述单端信号微带传输线通过第一过孔结构与所述半波长耦合线电连接；
所述第一四分之一波长子耦合线通过第二过孔结构与所述第一平衡信号微带子传输线电连接；
所述第二四分之一波长子耦合线通过第三过孔结构与所述第二平衡信号微带子传输线电连接。
在一些实施例中，
所述矩形调整结构包括第一矩形驻波调整子结构和第二矩形驻波调整子结构；
所述矩形调整结构与所述金属接地平面电连接，包括：所述第一矩形驻波调整子结构和所述第二矩形驻波调整子结构分别与所述金属接地平面电连接。
本申请实施例中所提供的巴伦电路，通过采用微带与共面波导混合电路结构，提高电路耦合度，并通过补偿耦合线增强平衡信号端口间幅度相位一致性，从而实现了较大的工作带宽，采用平面电路结构，设计方法简单，易于实现电路的小型化集成化设计。
附图说明
附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1为本申请实施例一种微带共面波导混合结构的巴伦电路结构斜视示意图；
图2为本申请实施例一种微带共面波导混合结构的巴伦电路结构又一斜视示意图；
图3为本申请实施例一种微带共面波导混合结构的巴伦电路局部结构示意图；
图4为本申请实施例一种微带共面波导混合结构的巴伦电路又一局部结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。
需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例可以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
图1为本申请实施例一种微带共面波导混合结构的巴伦电路结构斜视示意图，图2为本申请实施例一种微带共面波导混合结构的巴伦电路结构又一斜视示意图，图3为本申请实施例一种微带共面波导混合结构的巴伦电路局部结构示意图，图4为本申请实施例一种微带共面波导混合结构的巴伦电路又一局部结构示意图，根据图1、图2、图3和图4所示，本申请实施例提供的巴伦电路包括：第一电路层31和第二电路层32，第一电路层31和第二电路层32之间具有介质层33，介质层33具有多个过孔结构。
在一些实施例中，第一电路层31和第二电路层32分别设置于介质层33相对的两个平面；介质层33为具有电子元件承载能力的绝缘介质层，通常采用介电常数高、微波损耗低的材料，例如印制电路板PCB的绝缘介质层。在一些实施例中，所述微带共面波导混合结构的巴伦电路能够基于双面PCB制作；对应地，第一电路层31和第二电路层32的形成可以包括在双面PCB基板的正反两面，根据电路的功能单元进行布局，通过蚀刻形成第一电路层31和第二电路层32。
第一电路层31，具有半波长耦合线11、四分之一波长耦合线12、矩形调整结构13及金属接地平面18；半波长耦合线11、四分之一波长耦合线12与金属接地平面18组成共面波导结构；矩形调整结构13与金属接地平面18电连接；半波长耦合线11与第一电路层31上的其它部件在第一电路层31不相连。
在本申请实施例中，金属接地平面18为电路整体参考地。
对于共面波导结构，本领域技术人员能够理解的是，在介质基片的一个面上制作出中心导体带，并在紧邻中心导体带的两侧制作出导体平面，这样就构成了共面波导。本申请实施例中，通过半波长耦合线11、四分之一波长耦合线12和金属接地平面18处于同一平面内，可视为共面波导结构。
耦合线，当两个无屏蔽的传输线紧靠在一起时，由于各个传输线的电磁场的相互作用，在传输线之间可以有功率耦合。可以理解的是，对于本申请实施例中的各耦合线的工作原理，本领域技术人员能够基于耦合线的定义对其进行理解，此处不再赘述。
在一些实施例中，矩形调整结构13由金属接地平面18延伸组成。
矩形调整结构13能够附加负载电容，用于调整耦合线阻抗以实现匹配。
具体地，在一些实施例中，可以通过对双面PCB基板的第一侧设计蚀刻，得到半波长耦合线11、四分之一波长耦合线12、矩形调整结构13及金属接地平面18。
其中，四分之一波长耦合线12包括第一四分之一波长子耦合线12a和第二四分之一波长子耦合线12b；第一四分之一波长子耦合线12a和第二四分之一波长子耦合线12b分别与金属接地平面18电连接。
矩形调整结构13包括第一矩形驻波调整子结构13a和第二矩形驻波调整子结构13b。
所述矩形调整结构13与金属接地平面18电连接，包括：
第一矩形驻波调整子结构13a和第二矩形驻波调整子结构13b分别与金属接地平面18电连接。
第二电路层32，具有单端信号微带传输线14、平衡信号微带传输线15、接地补偿传输线16和平衡信号补偿耦合线17。
具体地，在一些实施例中，可以通过对双面PCB基板的第二侧设计蚀刻，得到单端信号微带传输线14、平衡信号微带传输线15、接地补偿传输线16和平衡信号补偿耦合线17。
其中，平衡信号微带传输线15包括第一平衡信号微带子传输线15a和第二平衡信号微带子传输线15b；第一平衡信号微带子传输线15a和第二平衡信号微带子传输线15b对称设置于平衡信号补偿耦合线17的两侧。
平衡信号补偿耦合线17引入了金属接地平面18的参考地电平，能够对第一平衡信号微带子传输线15a和第二平衡信号微带子传输线15b距离相近的部分起屏蔽作用，减少第一平衡信号微带子传输线15a和第二平衡信号微带子传输线15b之间的互相影响，能够增加第一平衡信号微带子传输线15a和第二平衡信号微带子传输线15b输出平衡信号幅度和/或相位一致性。
单端信号微带传输线14和平衡信号微带传输线15通过多个过孔结构与共面波导结构电连接。
其中，所述单端信号微带传输线14和平衡信号微带传输线15通过多个过孔结构与共面波导结构电连接，包括：
单端信号微带传输线14通过第一过孔结构21与半波长耦合线11电连接；
第一四分之一波长子耦合线12a通过第二过孔结构22与第一平衡信号微带子传输线15a电连接；
第二四分之一波长子耦合线12b通过第三过孔结构23与第二平衡信号微带子传输线15b电连接。
接地补偿传输线16和平衡信号补偿耦合线17通过多个过孔结构与金属接地平面18电连接。具体地，接地补偿传输线16通过第六过孔结构26与金属接地平面18电连接，平衡信号补偿耦合线17通过第七过孔结构27与金属接地平面18电连接。
接地补偿传输线16引入了金属接地平面18的参考地电平，能够对第二电路层32中位于接地补偿传输线16周围的传输线，即单端信号微带传输线14位于接地补偿传输线16两侧的部分，起隔离作用，实现驻波改善的效果。
本申请实施例所提供的微带共面波导混合结构的巴伦电路工作过程中各部分的动作关系为：
单端信号由单端信号微带传输线14经第一过孔结构21接入半波长耦合线11，在四分之一波长耦合线12处耦合出两路平衡信号，两路平衡信号分别经第一四分之一波长子耦合线12a和第二四分之一波长子耦合线12b、对应通过第二过孔结构22和第三过孔结构23连接至第一电路层31平衡信号微带传输线15完成信号转换。其中，矩形调整结构13用于提高信号驻波质量与平衡端口间的隔离度，平衡信号补偿耦合线17用于改善平衡信号间幅度和相位的一致性。
本申请实施例的巴伦电路，通过第一四分之一波长子耦合线12a和第二四分之一波长子耦合线12b与半波长耦合线11相互作用完成信号的转换。
单端信号微带传输线14作用为不平衡单端信号的输入端口，第一平衡信号微带子传输线15a和第二平衡信号微带子传输线15b为经过信号转换之后的两路平衡的信号的输出端口。
本申请实施例中，如图1和图4所示，半波长耦合线11、四分之一波长耦合线12和矩形调整结构13具有相邻的位置关系；其中，半波长耦合线11和四分之一波长耦合线12用于信号的转换，半波长耦合线11和四分之一波长耦合线12之间间距出于加工工艺考虑；矩形调整结构13位于中部，用于调整耦合线的阻抗。
可以理解的是，在一些实施例中，耦合线也可以称为传输线，本申请实施例中对于各耦合线的命名是出于对信号处理过程中电路各部分部件的功能考虑，并非对本申请保护范围的具体限定。
本申请实施例提供了一种微带共面波导混合结构的巴伦电路的设计方法，包括：
在介质层33上设置多个过孔结构；在介质层33的第一侧形成第一电路层31，在介质层33的第二侧形成第二电路层32，第一电路层31和第二电路层32能够通过多个过孔结构连接。
介质层33为具有电子元件承载能力的绝缘介质层，例如印制电路板PCB的绝缘介质层。在一些实施例中，所述微带共面波导混合结构的巴伦电路能够基于双面PCB制作；对应地，第一电路层31和第二电路层32的形成可以包括在双面PCB基板的正反两面，根据电路的功能单元进行布局，通过蚀刻形成第一电路层31和第二电路层32。
形成第一电路层31时，形成有半波长耦合线11、四分之一波长耦合线12、矩形调整结构13及金属接地平面18；半波长耦合线11、四分之一波长耦合线12和金属接地平面18组成共面波导结构；矩形调整结构13与金属接地平面18电连接；半波长耦合线11与第一电路层31的其它部件，在第一电路层31不相连。
在一些实施例中，矩形调整结构13由金属接地平面18延伸组成。
具体地，在一些实施例中，可以通过对双面PCB基板的第一侧设计蚀刻，得到半波长耦合线11、四分之一波长耦合线12、矩形调整结构13及金属接地平面18。
其中，四分之一波长耦合线12包括第一四分之一波长子耦合线12a和第二四分之一波长子耦合线12b；第一四分之一波长子耦合线12a和第二四分之一波长子耦合线12b分别与金属接地平面18电连接。
矩形调整结构13包括第一矩形驻波调整子结构13a和第二矩形驻波调整子结构13b。
所述矩形调整结构13与金属接地平面18电连接，包括：
第一矩形驻波调整子结构13a和第二矩形驻波调整子结构13b分别与金属接地平面18电连接。
形成第二电路层32时，形成有单端信号微带传输线14、平衡信号微带传输线15、接地补偿传输线16和平衡信号补偿耦合线17。
具体地，在一些实施例中，可以通过对双面PCB基板的第二侧设计蚀刻，得到单端信号微带传输线14、平衡信号微带传输线15、接地补偿传输线16和平衡信号补偿耦合线17。
其中，平衡信号微带传输线15包括第一平衡信号微带子传输线15a和第二平衡信号微带子传输线15b；第一平衡信号微带子传输线15a和第二平衡信号微带子传输线15b对称设置于平衡信号补偿耦合线17的两侧。
单端信号微带传输线14和平衡信号微带传输线15通过多个过孔结构与共面波导结构电连接。
其中，所述单端信号微带传输线14和平衡信号微带传输线15通过多个过孔结构与共面波导结构电连接，包括：
单端信号微带传输线14通过第一过孔结构21与半波长耦合线11电连接；
第一四分之一波长子耦合线12a通过第二过孔结构22与第一平衡信号微带子传输线15a电连接；
第二四分之一波长子耦合线12b通过第三过孔结构23与第二平衡信号微带子传输线15b电连接。
接地补偿传输线16和平衡信号补偿耦合线17通过多个过孔结构与金属接地平面18电连接。具体地，接地补偿传输线16通过第六过孔结构26与金属接地平面18电连接，平衡信号补偿耦合线17通过第七过孔结构27与金属接地平面18电连接。
综上所述，本申请实施例所提供的微带共面波导混合结构的巴伦电路具有设计方法简单，电路体积小，制作工艺简单，成本低，工作频带较宽，带内幅度相位一致性较高等优势，有利于微波射频电路的小型化、集成化设计，在航空航天，遥感探测，工业生产，科学研究等领域具有广阔的应用空间。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种微带共面波导混合结构的巴伦电路，其特征在于，所述巴伦电路包括：第一电路层和第二电路层，所述第一电路层和所述第二电路层之间具有介质层，所述介质层具有多个过孔结构；其中，
所述第一电路层，具有半波长耦合线、四分之一波长耦合线、矩形调整结构及金属接地平面；所述半波长耦合线、所述四分之一波长耦合线与所述金属接地平面组成共面波导结构，所述半波长耦合线平行于所述四分之一波长耦合线；所述矩形调整结构与所述金属接地平面电连接；
所述四分之一波长耦合线包括第一四分之一波长子耦合线和第二四分之一波长子耦合线；所述第一四分之一波长子耦合线和所述第二四分之一波长子耦合线分别与所述金属接地平面电连接；
所述第二电路层，具有单端信号微带传输线、平衡信号微带传输线、接地补偿传输线和平衡信号补偿耦合线；
所述平衡信号微带传输线包括第一平衡信号微带子传输线和第二平衡信号微带子传输线；所述第一平衡信号微带子传输线和所述第二平衡信号微带子传输线对称设置于所述平衡信号补偿耦合线的两侧；
所述单端信号微带传输线和所述平衡信号微带传输线通过所述多个过孔结构与所述共面波导结构电连接；其中，所述单端信号微带传输线和所述平衡信号微带传输线通过所述多个过孔结构与所述共面波导结构电连接，包括：所述单端信号微带传输线通过第一过孔结构与所述半波长耦合线电连接；所述第一四分之一波长子耦合线通过第二过孔结构与所述第一平衡信号微带子传输线电连接；所述第二四分之一波长子耦合线通过第三过孔结构与所述第二平衡信号微带子传输线电连接；
所述接地补偿传输线和所述平衡信号补偿耦合线通过所述多个过孔结构与所述金属接地平面电连接。
2.根据权利要求1所述的巴伦电路，其特征在于，
所述矩形调整结构包括第一矩形驻波调整子结构和第二矩形驻波调整子结构；
所述矩形调整结构与所述金属接地平面电连接，包括：所述第一矩形驻波调整子结构和所述第二矩形驻波调整子结构分别与所述金属接地平面电连接。
3.一种微带共面波导混合结构的巴伦电路的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
在介质层上设置多个过孔结构；在介质层的第一侧形成第一电路层，在介质层的第二侧形成第二电路层，所述第一电路层和所述第二电路层能够通过所述多个过孔结构连接；
形成所述第一电路层时，形成有半波长耦合线、四分之一波长耦合线、矩形调整结构及金属接地平面；所述半波长耦合线、所述四分之一波长耦合线和所述金属接地平面组成共面波导结构，所述半波长耦合线平行于所述四分之一波长耦合线；所述矩形调整结构与所述金属接地平面电连接；
所述四分之一波长耦合线包括第一四分之一波长子耦合线和第二四分之一波长子耦合线；所述第一四分之一波长子耦合线和所述第二四分之一波长子耦合线分别与所述金属接地平面电连接
形成所述第二电路层时，形成有单端信号微带传输线、平衡信号微带传输线、接地补偿传输线和平衡信号补偿耦合线；
所述平衡信号微带传输线包括第一平衡信号微带子传输线和第二平衡信号微带子传输线；所述第一平衡信号微带子传输线和所述第二平衡信号微带子传输线对称设置于所述平衡信号补偿耦合线的两侧；
所述单端信号微带传输线和所述平衡信号微带传输线通过所述多个过孔结构与所述共面波导结构电连接；其中，所述单端信号微带传输线和所述平衡信号微带传输线通过所述多个过孔结构与所述共面波导结构电连接，包括：所述单端信号微带传输线通过第一过孔结构与所述半波长耦合线电连接；所述第一四分之一波长子耦合线通过第二过孔结构与所述第一平衡信号微带子传输线电连接；
所述第二四分之一波长子耦合线通过第三过孔结构与所述第二平衡信号微带子传输线电连接
所述接地补偿传输线和所述平衡信号补偿耦合线通过所述多个过孔结构与所述金属接地平面电连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述矩形调整结构包括第一矩形驻波调整子结构和第二矩形驻波调整子结构；
所述矩形调整结构与所述金属接地平面电连接，包括：所述第一矩形驻波调整子结构和所述第二矩形驻波调整子结构分别与所述金属接地平面电连接。
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|---|---|---|---|---|
| US4359781A (en) * | 1980-12-15 | 1982-11-16 | Rockwell International Corporation | Balun coupled microwave frequency converter with single pair of diodes |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US4359781A (en) * | 1980-12-15 | 1982-11-16 | Rockwell International Corporation | Balun coupled microwave frequency converter with single pair of diodes |
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