CN114079135B - 平衡不平衡转换器 - Google Patents

Abstract

一种平衡不平衡转换器，包含基板、平衡埠与不平衡埠。平衡埠设置于基板的第一配置面上。平衡埠包含第一金属配置段、第二金属配置段与相位相反的二平衡端。二平衡端分别设置于第一金属配置段的一端部与第二金属配置段的一端部。不平衡埠对应于平衡埠的设置而相对地设置于基板的第二配置面上，以与平衡埠之间形成重叠耦合。不平衡埠包含第三金属配置段与不平衡端。不平衡端设置于第三金属配置段的一端部。其中，第一金属配置段和第二金属配置段共同于基板上的第一正投影与第三金属配置段于基板上的第二正投影重叠。

Description

平衡不平衡转换器

技术领域

本发明涉及技术平衡不平衡转换器，特别涉及一种具低损耗的平衡不平衡转换器。

背景技术

平衡非平衡转换器(亦可称为巴伦)可用以将单端信号转换成差动信号。在射频功率应用中，平衡非平衡转换器常见是以同轴线来实现，且根据应用功率大小来决定出所使用的同轴线的线径。例如，在应用功率1000瓦特(W)以上的应用中，一般会使用达6毫米(mm)以上的线径的同轴线。然而，使用的线径越大，对于线的裁切、弯折、焊接的难度均会相对地提高，制作的时间与人力成本也相对增加，而不利于量产制作。此外，在射频功率应用中，损耗的大小极为重要。一般常见小信号的平衡非平衡转换器因损耗高于0.5dB(约10％损耗)而并不适合于高功率上使用。

发明内容

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种平衡不平衡转换器。

在一实施例中平衡不平衡转换器包含基板、平衡埠以及不平衡埠。基板具有第一配置面以及相对于第一配置面的第二配置面。平衡埠设置于第一配置面上。平衡埠包含第一金属配置段、第二金属配置段、第一平衡端与第二平衡端。第一平衡端的相位相反于第二平衡端的相位。第一平衡端设置于第一金属配置段的一端部。第二平衡端设置于第二金属配置段的一端部。不平衡埠对应于平衡埠的设置而相对地设置于第二配置面上，以与平衡埠之间形成重叠耦合。不平衡埠包含第三金属配置段与不平衡端。不平衡端设置于第三金属配置段的一端部。第一金属配置段与第二金属配置段共同于基板上的第一正投影与第三金属配置段于基板上的第二正投影重叠，以形成重叠耦合。

综上所述，本发明实施例的平衡不平衡转换器，其平衡埠与不平衡埠相互对应设置于基板的二配置面上以形成重叠耦合，藉此大幅提升耦合效率并减少耦合能量损失。此外，本发明一实施例的平衡不平衡转换器因具有平面化(例如，通过印刷电路板)、小型化(例如，长度为应用频率的四分之一波长及/或环状设计)、高平衡度(接近完美的差动信号)与低损耗(例如，长时间通过500MHz 1000瓦特射频功率而不会过热)等特性，而适用于需要使用高功率射频线路的应用或小信号低损耗产品应用，并且符合商业或科研产品考量的高规格、低制作成本、体积小、性能佳等优点。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的平衡不平衡转换器的一实施例的概要示意图；

图2为金属配置段于基板的二配置面上的配置宽度态样的概要示意图；

图3为本发明的平衡不平衡转换器的一实施例的概要示意图；

图4为本发明的平衡不平衡转换器的一实施例的概要示意图；

图5为图4中平衡埠的一实施态样的概要示意图；

图6为图4中不平衡埠的一实施态样的概要示意图；

图7为本发明的平衡不平衡转换器的一实施例的概要示意图。

其中，附图标记

100:平衡不平衡转换器

110:基板

110A:第一配置面

110B:第二配置面

120:平衡埠

121:第一金属配置段

122:第二金属配置段

123:金属配置段

130:不平衡埠

131:第三金属配置段

B1:第一平衡端

B2:第二平衡端

D1:第一间距

G1:第一接地端

G2:第二接地端

G3:第三接地端

H1,H2,H3:导电过孔

L1,L2,L3,L4:长度

U1:不平衡端

V1:水平方向

具体实施方式

使本发明的实施例的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文配合所附附图，作详细说明如下。

请参阅图1至图7，本发明任一实施例的平衡不平衡转换器100可用以接收单端射频信号，并将单端射频信号转换为双端差动的射频信号，抑或用以接收双端差动的射频信号，并将双端差动的射频信号转换为单端射频信号。此外，本发明任一实施例的平衡不平衡转换器100亦具备阻抗转换功能。

平衡不平衡转换器100包含基板110、平衡埠120以及不平衡埠130。如图2所示，基板110可具有彼此相对的二配置面(以下分别称之为第一配置面110A与第二配置面110B)。基板110的第一配置面110A与第二配置面110B皆可供电子线路、电子零件等配置于上。在本发明任一实施例中，平衡埠120是设置于第一配置面110A上，且不平衡埠130可对应于平衡埠120的设置而相对地设置于第二配置面110B上，以与平衡埠120之间形成重叠耦合。通过重叠耦合，本发明任一实施例的平衡不平衡转换器100的耦合效率可大幅提升，并且减少了耦合时的能量损失。因此，本发明任一实施例的平衡不平衡转换器100可适用于需要使用高功率射频线路的应用，例如可包含基地台放大器、雷达放大器、电浆机台、微波加热、核磁共振显影(MRI)、加速器等，抑或用于小信号低损耗产品应用，例如通讯电路、混频器、降频器等。

平衡埠120包含第一金属配置段121、第二金属配置段122、以及二平衡端(以下分别称之为第一平衡端B1与第二平衡端B2)。第一平衡端B1设置于第一金属配置段121的一端部，且第二平衡端B2设置于第二金属配置段122的一端部。于此，第一平衡端B1所输出(或接收)的信号的相位是相反于第二平衡端B2所输出(或接收)的信号的相位。换言之，第一平衡端B1的相位与第二平衡端B2的相位之间相差180度。

不平衡埠130包含第三金属配置段131以及不平衡端U1，且不平衡端U1设置于第三金属配置段131的一端部。于此，不平衡埠130的第三金属配置段131是对应于平衡埠120的第一金属配置段121与第二金属配置段122的设置而相对地设置。如此一来，平衡埠120的第一金属配置段121与第二金属配置段122共同于基板110上形成第一正投影可重叠于不平衡埠130的第三金属配置段131于基板110上形成第二正投影，而使得第三金属配置段131和第一金属配置段121与第二金属配置段122之间可形成重叠耦合。

在一些实施例中，第一正投影与第二正投影中的任一者可完全覆盖另一者。换言之，位于第一配置面110A上的金属配置段(第一金属配置段121或第二金属配置段122)的配置宽度与位于第二配置面110B上的金属配置段(第三金属配置段131)的配置宽度可不同，惟配置宽度较小的金属配置段需完全被配置宽度较大的金属配置段所覆盖，如图2中的左半部所示，于此是以位于第二配置面110B上的金属配置段的配置宽度大于位于第一配置面110A上的金属配置段为例。需注意的是，本发明并未限定位于第一配置面110A上的金属配置段的配置宽度不同于位于第二配置面110B上的金属配置段的配置宽度，位于第一配置面110A上的金属配置段的配置宽度亦可相同于位于第二配置面110B上的金属配置段的配置宽度，如图2中的右半部所示。

在一些实施态样中，第一金属配置段121、第二金属配置段122与第三金属配置段131的配置宽度可大致上介于3毫米(mm)至10毫米之间。

在一些实施例中，由于重叠耦合的关系，不平衡埠130的第三金属配置段131的长度L3可为平衡不平衡转换器100的应用频率的四分之一波长。此外，平衡埠120的第一金属配置段121的长度L1以及第二金属配置段122的长度L2可为平衡不平衡转换器100的应用频率的八分之一波长。如此一来，平衡不平衡转换器100的所需占用的电路面积可大幅缩减。

在一些实施例中，如图1、图4、图5或图7中任一图所示，平衡埠120的第一平衡端B1可相邻于第二平衡端B2，且第一平衡端B1与第二平衡端B2之间相隔一第一间距D1。换言之，设有第一平衡端B1的第一金属配置段121的端部可以第一间距D1的距离相邻于设有第二平衡端B2的第二金属配置段122的端部。在一些实施态样中，所述的第一间距D1可大致上为2毫米(mm)。但本发明并非以此为限，在另一些实施例中，平衡埠120的第一平衡端B1亦可远离于第二平衡端B2，且此时平衡埠120是以第一金属配置段121中非设有第一平衡端B1的另一端部与第二金属配置段122中非设有第二平衡端B2的另一端部相邻，如图3所示。

在一些实施例中，平衡埠120可更包含第一接地端G1与第二接地端G2。第一接地端G1设置于第一金属配置段121的另一端部，且第二接地端G2设置于第二金属配置段122的另一端部。换言之，第一金属配置段121的一端部设有第一平衡端B1且另一端部则设有第一接地端G1，第二金属配置段122的一端部设有第二平衡端B2且另一端部则设有第二接地端G2。

在一些实施例中，第一接地端G1与第二接地端G2可共地。举例而言，第一金属配置段121的另一端部可直接与第二金属配置段122的另一端部相接并共同电性连接至同一个地，如图4至图7所示。换言之，此时第一金属配置段121与第二金属配置段122可为同一个金属配置段123，且第一接地端G1与第二接地端G2可共点于此金属配置段123的中央处以一起电性连接至地。但本发明并非以此为限。第一金属配置段121与第二金属配置段122亦可为分开的两个金属配置段，如图3所示，且第一金属配置段121的另一端部与第二金属配置段122的另一端部分别通过其他电性连接手段，例如通过额外连接线等电性连接至同一个地。

在一些实施例中，如图1与图2所示，平衡埠120的第一金属配置段121与第二金属配置段122可呈长条带状，且不平衡埠130的第三金属配置段131亦呈长条带状。

举例而言，在一实施态样中，长度L1为应用频率的八分之一波长的第一金属配置段121可沿一水平方向V1延伸配置于基板110的第一配置面110A上，长度L2为应用频率的八分之一波长的第二金属配置段122自与第一金属配置段121的端部相隔一第一间距D1处沿着水平方向V1延伸配置于基板110的第一配置面110A上，且长度L3为应用频率的四分之一波长的第三金属配置段131沿水平方向V1延伸并对应于第一金属配置段121与第二金属配置段122的设置处而相对地配置于基板110的第二配置面110B上。于此，如图1所示，第一平衡端B1与第二平衡端B2可自中央侧(即第一金属配置段121与第二金属配置段122相邻的二端部)拉出，且第一接地端G1与第二接地端G2位于两外侧并且接地短路(即第一金属配置段121的另一端部与第二金属配置段122的另一端部)。此外，不平衡端U1可位于第三金属配置段131的左侧端部，且第三接地端G3位于第三金属配置段131的右侧端部。但本发明并非以此为限，在另一实施态样中，第一平衡端B1与第二平衡端B2的位置选择可更具有选择弹性，因此，平衡埠120中的第一平衡端B1的设置位置可和第一接地端G1交换，且第二平衡端B2的设置位置可和第二接地端G2交换，使得第一接地端G1和第二接地端G2改位于中央侧而第一平衡端B1与第二平衡端B2位于两外侧，如图3所示。此外，在又一实施态样中，平衡埠120的第一金属配置段121与第二金属配置段122更可以同一金属配置段，例如长度为应用频率的四分之一波长的金属配置段来实现，且第一接地端G1和第二接地端G2共同位于此金属配置段的中央侧并电性连接至同一个地。

在一些实施例中，如图4至图7所示，平衡埠120的第一金属配置段121与第二金属配置段122可共同呈现环状，且不平衡埠130的第三金属配置段131亦呈环状。在一些实施态样中，所述的环状可包含但不限于圆环、方形环、三角环或八角环，其他适用型态的环状亦可应用于本发明的平衡不平衡转换器100中。特别的是，可藉由调整环状的态样来最佳化电路的布局空间，以有效降低量产成本。其中，呈圆环的配置态样可使得平衡不平衡转换器100的占用电路面积更为缩小。

以下，以圆环状来进行说明，在一实施态样中，如图4至图6所示，第一金属配置段121与第二金属配置段122可以同一个金属配置段123，例如长度L4为应用频率的四分之一波长的金属配置段123来实现，且此金属配置段123绕成圆形于基板110的第一配置面110A上。长度L3为应用频率的四分之一波长的第三金属配置段131亦对应于第一金属配置段121与第二金属配置段122的设置处而相对地绕成圆形于基板110的第二配置面110B上。于此，第一平衡端B1与第二平衡端B2可分别自金属配置段123的二端部拉出，且因绕成环状而彼此相邻。第一接地端G1与第二接地端G2则位于金属配置段123的中央处，例如与端部距离约为应用频率的八分之一波长处，并共同电性连接至同一个地。此外，不平衡端U1可位于第三金属配置段131的左侧端部，且第三接地端G3位于第三金属配置段131的右侧端部。特别的是，如图5与图6所示，第三金属配置段131的右侧端部(即第三接地端G3)可对应于第一接地端G1与第二接地端G2的设置位置而相对地设置，使得位于第二配置面110B的第三接地端G3可直接通过贯穿于基板110的导电过孔H1(via)电性连接至位于第一配置面110A的第一接地端G1与第二接地端G2，以共同接地。如此一来，平衡不平衡转换器100的所需占用的电路面积可更为精简。此外，为了方便线路配置，原先位于基板110的第二配置面110B的不平衡端U1更可通过导电过孔H2的电性连接而改设置于基板110的第一配置面110A上。

但本发明并非以此为限，在另一实施态样中，长度L1为应用频率的八分之一波长的第一金属配置段121可绕成半圆形于基板110的第一配置面110A上，长度L2为应用频率的八分之一波长的第二金属配置段122可与第一金属配置段121相隔而绕成另一半圆形于基板110的第一配置面110A上，并且第一金属配置段121与第二金属配置段122可大致上共同形成一圆环。于此，第一接地端G1与第二接地端G2可分别电性连接至不同的地，抑或通过额外连接线等电性连接至同一个地。

在一些实施例中，平衡不平衡转换器100可更包含贯穿于基板110的多个导电过孔H3。如图5与图6所示，此些导电过孔H3可邻近于平衡埠120与不平衡埠130而配置于基板110上，且此些导电过孔H3可电性连接至地。于此，此些导电过孔H3可用以增加散热路径，以协助散热。

在一些实施态样中，基板110可为印刷电路板，且平衡不平衡转换器100可通过印刷电路工艺印刷于印刷电路板上。换言之，平衡埠120的第一金属配置段121与第二金属配置段122以及不平衡埠130的第三金属配置段131可为印刷电路线，而使得平衡不平衡转换器100可平面化以实现空间最小化，且其制作变得更为简便。

特别的是，本发明一实施例的平衡不平衡转换器100在经过验证后可高达500兆赫(MHz)1000瓦特(W)功率，并具有低于0.05dB的损耗。此外，二平衡端的振幅差可低于0.5dB，且相位差更可小于1度而具有高平衡度。由于本发明一实施例的平衡不平衡转换器100的损耗极低，因此主要损耗可变由基板110的板材的损耗来决定。换言之，选用更佳的板材可更进一步减少损耗。例如，可选用介电损耗在0.002以下的板材来实现。

综上所述，本发明实施例的平衡不平衡转换器，其平衡埠与不平衡埠相互对应设置于基板的二配置面上以形成重叠耦合，藉此大幅提升耦合效率并减少耦合能量损失。此外，本发明一实施例的平衡不平衡转换器因具有平面化(例如，通过印刷电路板)、小型化(例如，长度为应用频率的四分之一波长及/或环状设计)、高平衡度(接近完美的差动信号)与低损耗(例如，长时间通过500MHz 1000瓦特射频功率而不会过热)等特性，而适用于需要使用高功率射频线路的应用或小信号低损耗产品应用，并且符合商业或科研产品考量的高规格、低制作成本、体积小、性能佳等优点。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种平衡不平衡转换器，其特征在于，包含：

一印刷电路板，具有一第一配置面与相对于该第一配置面的一第二配置面，且包含多个导电过孔；

一平衡埠，设置于该第一配置面上，该平衡埠包含一第一金属配置段、一第二金属配置段、一第一平衡端与一第二平衡端，其中该第一平衡端的相位相反于该第二平衡端的相位，该第一平衡端设置于该第一金属配置段的一端部，且该第二平衡端设置于该第二金属配置段的一端部，其中该第一金属配置段的长度以及该第二金属配置段的长度为一应用频率的八分之一波长；及

一不平衡埠，对应于该平衡埠的设置而相对地设置于该第二配置面上，以与该平衡埠之间形成重叠耦合，该不平衡埠包含一第三金属配置段与一不平衡端，且该不平衡端设置于该第三金属配置段的一端部，其中该第一金属配置段和该第二金属配置段共同于该印刷电路板上的一第一正投影与该第三金属配置段于该印刷电路板上的一第二正投影重叠，其中该第三金属配置段的长度为该应用频率的四分之一波长；

其中，该第三金属配置段呈一环状，该第一金属配置段与该第二金属配置段共同形成该环状，该第一平衡端相邻于该第二平衡端，该第一平衡端与该第二平衡端之间相隔一第一间距，该环状为圆环、方形环、三角形环或八角形环，该些导电过孔邻近于该平衡埠与该不平衡埠并且配置于该印刷电路板上，及该些导电过孔接地，其中该第一金属配置段、该第二金属配置段与该第三金属配置段为印刷电路线。

2.根据权利要求1所述的平衡不平衡转换器，其特征在于，该平衡埠更包含一第一接地端与一第二接地端，该第一接地端设置于该第一金属配置段的另一端部，该第二接地端设置于该第二金属配置段的另一端部，且该第一接地端与该第二接地端共地。

3.根据权利要求1所述的平衡不平衡转换器，其特征在于，该第一正投影与该第二正投影中的任一者完全覆盖另一者。

4.根据权利要求1所述的平衡不平衡转换器，其特征在于，该第一金属配置段、该第二金属配置段与该第三金属配置段皆呈长条带状。

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