CN113594654A - 平面巴伦 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种平面巴伦，包括PCB基板、设置在PCB基板上的第一导体带以及第二导体带，其中：所述第一导体带与第二导体带共同形成第一支路，所述第一导体带单独形成第二支路；或，所述第一导体带单独形成第一支路，所述第一导体带以及第二导体带共同形成第二支路，所述第一支路的一端与不平衡端口相连，所述第一支路的另一端设置有第一平衡端口，所述第二支路的一端与不平衡端口相连，所述第二支路的另一端设置有第二平衡端口。上述平面巴伦通过将具有平面结构的传输线巴伦在印刷电路板上实现，达到了加工简单、成本低、插损较小和平衡性好的效果，兼顾了平衡性、可靠性以及低成本的需求。

Description

平面巴伦

技术领域

本申请涉及射频器件技术领域，特别是涉及一种平面巴伦。

背景技术

巴伦为一种三端口器件。巴伦的功能在于使系统具有不同阻抗，或使系统与差分信令以及单端信令兼容，并且用于手机和信号传输网络等现代通信系统。

射频巴伦的实现方式有很多种，主要有三大类：

1、依赖于铁氧体磁芯的传输线变压器形式，这种巴伦一般适用于相对较低的频段，具有很好的宽带特性。由于使用了铁氧体，这种巴伦的成本相对较高，生产工艺也相对繁琐。

2、由电容和电感组成的LC巴伦，其优点是易实现、成本低，缺点是高功率使用场景下不易散热，且传输带宽受限。

3、同轴线缆实现的传输线巴伦，需要手动焊接同轴线，可靠性受限，散热也受限，在大功率和大批量使用场景下的应用有限。

传统的巴伦无法兼顾平衡性、可靠性以及低成本的需求。

针对相关技术中存在无法兼顾巴伦的平衡性、可靠性以及低成本的需求的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种平面巴伦，以解决相关技术中无法兼顾巴伦的平衡性、可靠性以及低成本的需求的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种平面巴伦，包括设置在PCB基板上的第一导体带以及第二导体带，其中：

所述第一导体带与第二导体带共同形成第一支路，所述第一导体带单独形成第二支路；或，所述第一导体带单独形成第一支路，所述第一导体带以及第二导体带共同形成第二支路；

所述第一支路的一端与不平衡端口相连，所述第一支路的另一端设置有第一平衡端口，所述第二支路的一端与不平衡端口相连，所述第二支路的另一端设置有第二平衡端口。

在其中的一些实施例中，所述第一导体带包括设置在所述PCB基板顶层的顶层导体带以及设置在所述PCB基板底层的底层导体带，所述顶层导体带以及所述底层导体带对称设置。

在其中的一些实施例中，所述顶层导体带与所述底层导体带在所述不平衡端口以及平衡端口处相连，形成带状线结构。

在其中的一些实施例中，所述顶层导体带与所述底层导体带的边沿相连，形成同轴线结构。

在其中的一些实施例中，所述第二导体带包括两层金属导体带，形成耦合带状线结构。

在其中的一些实施例中，所述第一导体带包括设置在所述PCB基板底层的底层导体带，所述第二导体带包括设置在所述PCB基板顶层的顶层导体带，所述第一导体带以及第二导体带形成微带线结构。

在其中的一些实施例中，还包括接地端，所述接地端与所述第一导体带相连。

在其中的一些实施例中，所述平面巴伦还包括第一电容以及第二电容，所述第一电容一端与所述第一平衡端口相连，所述第一电容的另一端接地，所述第二电容一端与所述第二平衡端口相连，所述第二电容的另一端接地。

在其中的一些实施例中，所述平面巴伦还包括射频电容以及隔直电容，所述射频电容一端与不平衡端口相连，所述射频电容的另一端接地，所述隔直电容与所述不平衡端口相连。

在其中的一些实施例中，所述PCB基板安装在散热器上。

与相关技术相比，在本实施例中提供的平面巴伦，包括PCB基板、设置在所述PCB基板上的第一导体带以及第二导体带，其中：所述第一导体带与第二导体带共同形成第一支路，所述第一导体带单独形成第二支路；或，所述第一导体带单独形成第一支路，所述第一导体带以及第二导体带共同形成第二支路，所述第一支路的一端与不平衡端口相连，所述第一支路的另一端设置有第一平衡端口，所述第二支路的一端与不平衡端口相连，所述第二支路的另一端设置有第二平衡端口，通过将具有平面结构的传输线巴伦在印刷电路板上实现，完全PCB自动化加工巴伦的所有电路部分，使得制造带来的误差很小，加之结构设计带来的电气上的对称结构，使得平面巴伦在平衡性方面具有显著优势，达到了加工简单、成本低、插损较小和平衡性好的效果，兼顾了平衡性、可靠性以及低成本的需求。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的平面巴伦的平面结构示意图；

图2为本发明另一实施例的平面巴伦的第一导体带与第二导体带的位置示意图；

图3为本发明另一实施例的平面巴伦的第一导体带与第二导体带的位置示意图；

图4为本发明另一实施例的平面巴伦的第一导体带与第二导体带的位置示意图；

图5为本发明另一实施例的平面巴伦的第一导体带与第二导体带的位置示意图；

图6为本发明另一实施例的平面巴伦的平面结构示意图；

图7为本发明另一实施例的平面巴伦的平面结构示意图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

巴伦是平衡不平衡转换器的英文音译，原理是按天线理论，偶极天线属平衡型天线，而同轴电缆属不平衡传输线，若将其直接连接，则同轴电缆的外皮就有高频电流流过(按同轴电缆传输原理，高频电流应在电缆内部流动，外皮是屏蔽层，是没有电流的)，这样一来，就会影响天线的辐射。因此，就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器，把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉，也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。

巴伦分为多种类型，其中的某些用于阻抗转换，还有某些用于连接具有不同阻抗的传输线。阻抗转换巴伦可实现阻抗匹配、直流隔离以及将平衡端口与单端端口匹配。共模扼流圈因为可消除共模信号，因此在某种意义上说也是一种巴伦。巴伦用于推挽放大器、宽带天线、平衡混频器、平衡倍频器及调制器、移相器以及任何需要在两条线路上传输幅度相等且相位相差180度的电路设计。

请参阅图1，图1为本发明一实施例的平面巴伦的平面结构示意图。

在本实施例中，平面巴伦包括设置在PCB基板30上的第一导体带10以及第二导体带20，其中：

第一导体带10与第二导体带20共同形成第一支路，第一导体带10单独形成第二支路；或，第一导体带10单独形成第一支路，第一导体带10以及第二导体带20共同形成第二支路；

第一支路的一端与不平衡端口Port1相连，第一支路的另一端设置有第一平衡端口Port2，第二支路的一端与不平衡端口Port1相连，第二支路的另一端设置有第二平衡端口Port3。

可以理解的，PCB基板30作为介质，将导体带设置在PCB基板30上，形成包含不平衡端口Port1以及平衡端口的通路，即可对信号进行传输，实现将单端输入转换为差分输出的效果。

示例性地，第一导体带10可以设置在PCB基板30的顶层、中间层或底层，第二导体带20也可以设置在PCB基板30的顶层、中间层或底层，此处不作具体限定，只需能够形成通路即可。

在本实施例中，第二导体带20可以与第一导体带10共同形成第一支路，第一导体带10单独形成第二支路，即第一导体带10以不平衡端口Port1为起点，分别延伸至第一平衡端口Port2以及第二平衡端口Port3，不平衡端口Port1与第一平衡端口Port2之间的第一导体带10形成第一支路，不平衡端口Port1与第二平衡端口Port3之间的第一导体带10形成第二支路，第二导体带20设置在PCB基板30上与第一支路对应的位置上。

示例性地，第二导体带20还可以与第一导体带10共同形成第二支路，第一导体带10单独形成第一支路，即第一导体带10以不平衡端口Port1为起点，分别延伸至第一平衡端口Port2以及第二平衡端口Port3，不平衡端口Port1与第一平衡端口Port2之间的第一导体带10形成第一支路，不平衡端口Port1与第二平衡端口Port3之间的第一导体带10形成第二支路，第二导体带20设置在PCB基板30上与第二支路对应的位置上。

可以理解的，第一导体带10完整覆盖两条支路，而第二导体带20只需设置在其中一条支路对应的位置即可，可以使平面巴伦的平衡性提高。

上述平面巴伦，包括PCB基板30、设置在PCB基板30上的第一导体带10以及第二导体带20，其中：第一导体带10与第二导体带20共同形成第一支路，第一导体带10单独形成第二支路；或，第一导体带10单独形成第一支路，第一导体带10以及第二导体带20共同形成第二支路，第一支路的一端与不平衡端口Port1相连，第一支路的另一端设置有第一平衡端口Port2，第二支路的一端与不平衡端口Port1相连，第二支路的另一端设置有第二平衡端口Port3，通过将具有平面结构的传输线巴伦在印刷电路板上实现，完全PCB自动化加工巴伦的所有电路部分，使得制造带来的误差很小，加之结构设计带来的电气上的对称结构，使得平面巴伦在平衡性方面具有显著优势，达到了加工简单、成本低、插损较小和平衡性好的效果，兼顾了平衡性、可靠性以及低成本的需求。

在另一个实施例中，第一导体带10包括设置在PCB基板30顶层的顶层导体带以及设置在PCB基板30底层的底层导体带，顶层导体带以及底层导体带对称设置。

示例性的，在PCB基板30顶层以及底层分别铺设对称设置的导体带，并在顶层以及底层均形成第一支路以及第二支路，可与第二导体带20配合，形成多种传输线结构，以适应不同的应用场景。在其他实施例中，第一导体带10还可以设置在PCB基板30的中间层，可以根据实际需求进行设置，此处不作具体限定。

请参阅图2，图2为本发明另一实施例的平面巴伦的第一导体带与第二导体带的位置示意图。在另一个实施例中，顶层导体带与底层导体带在不平衡端口Port1以及平衡端口处相连，形成带状线结构。如图2所示，中间部分为PCB基板30，作为导体带的承载介质，第一导体带10包括顶层导体带和底层导体带，顶层导体带和底层导体带共同形成完整的第一支路以及部分第二支路，或者共同形成部分第一支路以及完整的第二支路，并在不平衡端口Port1处以及平衡端口处相连，第二导体带20设置在PCB基板30的中间层，可以设置在第一支路对应位置，也可以设置在第二支路对应位置，与顶层导体带和底层导体带共同形成完整的第一支路或第二支路。可以理解的，当PCB基板30为三层以上的结构时，第一导体带10以及第二导体带20的层数和位置可以根据实际需求对应变化，只需将第二导体带20设置在两层第一导体带10之间即可。

请参阅图3，图3为本发明另一实施例的平面巴伦的第一导体带与第二导体带的位置示意图。在另一个实施例中，顶层导体带与底层导体带的边沿相连，形成同轴线结构。具体的，第一导体带10包括顶层导体带和底层导体带，顶层导体带和底层导体带共同形成完整的第一支路以及部分第二支路，或者共同形成部分第一支路以及完整的第一支路，且顶层导体带与底层导体带在边沿处相连，此处的边沿，包括外边沿与内边沿，外边沿为导体带靠近PCB基板30外侧的边沿，内边沿为导体带远离PCB基板30外侧的边沿，第二导体带20设置在PCB基板30的中间层，可以设置在第一支路对应位置，也可以设置在第二支路对应位置，与顶层导体带和底层导体带共同形成完整的第一支路或第二支路。可以理解的，当PCB基板30为三层以上的结构时，第一导体带10以及第二导体带20的层数和位置可以根据实际需求对应变化，只需将第二导体带20设置在两层第一导体带10之间即可。

同轴线是一种屏蔽且非色散的结构，而且同轴线中导波的主模是TEM波，但同时也可传输TE模和TM模，其截止频率为零，对应截止波长趋向于无穷大。是由同轴的两根内、外导体及中间的电介质构成的双导体传输线。一般同轴线外导体接地，电磁场被限定在内外导体之间，所以同轴线基本没有辐射损耗，几乎不受外界信号干扰。其工作频带比双线传输线宽，可以用于大于厘米波的波段。本实施例的导体带形成了类似同轴线的结构。

在另一个实施例中，第二导体带20可以为两层金属导体带，以增强传输线的过流能力，在通过相同功率时降低了巴伦的温升，即在相同温升时可以传输更高的功率。

请参阅图4，图4为本发明另一实施例的平面巴伦的第一导体带与第二导体带的位置示意图。在另一个实施例中，第二导体带20包括两层金属导体带，形成耦合带状线结构，两层金属导体带在不平衡端口Port1以及平衡端口处相连。可以理解的，第一导体带10包括顶层导体带和底层导体带，顶层导体带和底层导体带共同形成第一支路以及第二支路，第二导体带20的两层金属导体带设置在PCB基板30的中间层，且在不平衡端口Port1以及平衡端口处相连，第二导体带20可以设置在第一支路对应位置，也可以设置在第二支路对应位置。可以理解的，当PCB基板30为三层以上的结构时，第一导体带10以及第二导体带20的层数和位置可以根据实际需求对应变化，只需将第二导体带20设置在两层第一导体带10之间即可。

耦合微带线由两条平行放置、彼此靠近的微带线构成。耦合微带线有不对称和对称两种结构。两条微带线的尺寸完全相同的是对称耦合微带线，尺寸不相同的是不对称耦合微带线。本实施例的导体带形成了类似耦合微带线的结构。

上述实施例的平面巴伦设置两层中间导体带，增强了传输线的过流能力，在通过相同功率时降低了巴伦的温升，即在相同温升时可以传输更高的功率。

请参阅图5，图5为本发明另一实施例的平面巴伦的第一导体带与第二导体带的位置示意图。在另一个实施例中，第一导体带10包括设置在PCB基板30底层的底层导体带，第二导体带20包括设置在PCB基板30顶层的顶层导体带，第一导体带10以及第二导体带20形成微带线结构。具体的，第一导体带10仅设置在PCB基板30底层，形成第一支路以及第二支路，第二导体带20仅设置在PCB基板30顶层，可以设置在第一支路对应位置，也可以设置在第二支路对应位置。在其他实施例中，当PCB基板30为三层以上的结构时，第一导体带10以及第二导体带20的层数和位置对应变化，只需使第一导体带10和第二导体带20分别设置在PCB基板30的上下两侧，不交错设置即可。

可以理解的，上述实施例的平面巴伦的导体带形成不同结构的传输线，可以适用不同的应用场景，其中，耦合带状线结构的热容量较大，微带线结构特征阻抗较高。

在其中一个实施例中，平面巴伦还包括接地端，接地端与第一导体带10相连。可以理解的，在其他实施例中，接地端还可以与第二导体带20相连，只需使PCB基板30上的导体带的一点与接地端相连，实现接地效果即可，此处不作具体限定。

请参阅图6，图6为本发明另一实施例的平面巴伦的平面结构示意图。在本实施例中，平面巴伦还包括第一电容C1以及第二电容C2，第一电容C1一端与第一平衡端口Port2相连，第一电容C1的另一端接地，第二电容C2一端与第二平衡端口Port3相连，第二电容C2的另一端接地。可以理解的，当传输线的长度为λ/4时，偶模信号看到终端短路的λ/4传输线，等效为开路，偶模阻抗非常大，偶模信号不能通过，巴伦平衡性很好；但当传输线的长度小于λ/4时，则需要在平衡端口并联另一端接地的电容，使得电容与终端短路传输线谐振，仍等效为开路，使偶模信号不能通过，则巴伦仍可保持较好的平衡性。可以理解的，平衡端口可以并联一个或多个电容，以保持巴伦的平衡性，当平衡端口并联一个电容时，可与第一平衡端口Port2相连，也可与第二平衡端口Port3相连；当并联两个电容时，则第一电容C1一端与第一平衡端口Port2相连，另一端接地，第二电容C2一端与第二平衡端口Port3相连，另一端接地；当并联三个及以上电容时，不限定与第一平衡端口Port2或第二平衡端口Port3相连，只需使电容一端连接在平衡端口上，另一端接地即可。

请参阅图7，图7为本发明另一实施例的平面巴伦的平面结构示意图。在本实施例中，平面巴伦还包括射频电容C3以及隔直电容C4，射频电容C3一端与不平衡端口Port1处的第一导体带10相连，射频电容C3的另一端接地，隔直电容C4与不平衡端口Port1相连。示例性地，平面巴伦可用于传输各类信号，如射频信号、直流信号。当同时传输射频信号以及直流信号时，可以根据实际需要将两种信号进行隔离，在本实施例中，在不平衡端口Port1处的第一导体带10和地之间并联一射频电容C3，这样此处对射频信号仍是短路的，但对直流信号来说是开路的，同时，设置一隔直电容C4，一端与不平衡端口Port1串联，使不平衡端口Port1只允许射频信号通过，不允许直流信号通过，达到将射频信号与直流信号隔离的效果。在其他实施例中，射频电容C3与隔直电容C4的数量可以为多个，只需能够起到通过射频信号，阻隔直流信号的作用即可，此处不作具体限定。可以理解的，隔直电容C4一端与不平衡端口Port1相连，隔直电容C4的另一端可以与导体带或其他部件相连，只需不接地即可。

可以理解的，在其他实施例中，在传输线长度不满足预设阈值，且需要同时传输直流信号以及射频信号时，可以同时设置第一电容C1、第二电容C2、射频电容C3以及隔直电容C4；若仅存在传输线长度不满足预设阈值的情况，则仅设置第一电容C1以及第二电容C2；若仅存在传输直流信号以及射频信号的需求，则单独设置射频电容C3以及隔直电容C4，可以根据实际需求由用户进行设定，此处不作具体限定。

在另一个实施例中，PCB基板30安装在散热器上。可以理解的，在传输大功率信号的应用场景下，需要提升巴伦的散热性能，因此将平面巴伦安装在散热器上，帮助巴伦进行散热，具体的，将设置有第一导体带10以及第二导体带20的PCB基板30安装在散热器上进行散热。在其他实施例中，平面巴伦与散热器之间可以填充介电质，或者填充良好的导热绝缘材料，以加强散热。

介电质通常指的是可被高度电极化的物质。在原子与分子层次，极化性可以用来衡量微观的电极化性质，从极化性可以理论计算出介电质的电极化率和电容率两个宏观的电极化性质。介电质的电传导能力很低，再加上具备有很好的介电强度(dielectricstrength)性质，就可以用来制造电绝缘体。另外介电质可被高度电极化，是优良的电容器材料。

上述实施例，通过散热器迅速将产生的热量带走，兼顾了巴伦对功率容量的需求。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种平面巴伦，其特征在于，包括设置在PCB基板上的第一导体带以及第二导体带，其中：

所述第一导体带与第二导体带共同形成第一支路，所述第一导体带单独形成第二支路；或，所述第一导体带单独形成第一支路，所述第一导体带以及第二导体带共同形成第二支路；

所述第一支路的一端与不平衡端口相连，所述第一支路的另一端设置有第一平衡端口，所述第二支路的一端与不平衡端口相连，所述第二支路的另一端设置有第二平衡端口。

2.根据权利要求1所述的平面巴伦，其特征在于，所述第一导体带包括设置在所述PCB基板顶层的顶层导体带以及设置在所述PCB基板底层的底层导体带，所述顶层导体带以及所述底层导体带对称设置。

3.根据权利要求2所述的平面巴伦，其特征在于，所述顶层导体带与所述底层导体带在所述不平衡端口以及平衡端口处相连，形成带状线结构。

4.根据权利要求2所述的平面巴伦，其特征在于，所述顶层导体带与所述底层导体带的边沿相连，形成同轴线结构。

5.根据权利要求2所述的平面巴伦，其特征在于，所述第二导体带包括两层金属导体带，形成耦合带状线结构。

6.根据权利要求1所述的平面巴伦，其特征在于，所述第一导体带包括设置在所述PCB基板底层的底层导体带，所述第二导体带包括设置在所述PCB基板顶层的顶层导体带，所述第一导体带以及第二导体带形成微带线结构。

7.根据权利要求1-6任一项所述的平面巴伦，其特征在于，还包括接地端，所述接地端与所述第一导体带相连。

8.根据权利要求1所述的平面巴伦，其特征在于，所述平面巴伦还包括第一电容以及第二电容，所述第一电容一端与所述第一平衡端口相连，所述第一电容的另一端接地，所述第二电容一端与所述第二平衡端口相连，所述第二电容的另一端接地。

9.根据权利要求1或8所述的平面巴伦，其特征在于，所述平面巴伦还包括射频电容以及隔直电容，所述射频电容一端与不平衡端口相连，所述射频电容的另一端接地，所述隔直电容与所述不平衡端口相连。

10.根据权利要求1所述的平面巴伦，其特征在于，所述PCB基板安装在散热器上。

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