CN114122659B - 微带线巴伦及其频率调节方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种微带线巴伦及其频率调节方法，首先获取射频传输信号中微带线巴伦的实际工作频率；再循环获得该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的比较结果，并在该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值超过预设阈值时，生成调节信号；并响应于该调节信号，将短路连接线组从边缘向中心轴线的方向依次截断远离该中心轴线的一组短路连接线单元，直到该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值不超过预设阈值时停止获取步骤。以此在不降低微带线巴伦性能的基础上，以较低的成本改变了输出微带线与输入微带线之间的有效耦合长度，从而改变了微带线巴伦的工作频率，进而保证微带线巴伦的工作频率与期望频率一致。
Description
技术领域
本公开涉及通信技术领域，具体涉及一种微带线巴伦及其频率调节方法。
背景技术
在当代射频及微波传输系统中，天线应用广泛，一般的天线属于平衡型天线，而天线的输出一般为同轴电缆，属于不平衡型。如果将两者直接连接，则同轴电缆的外皮就有高频电流流过，影响天线的极化特性。为了有效截断流入电缆屏蔽层外皮的高频电流分量，这就需要通过平衡转不平衡的balun(中文名为巴伦，也称为平衡-不平衡变换器)技术来馈电。巴伦所起到的作用就是将一路输入信号转换为输出为两路相位相差180度的信号，同时可实现阻抗变换。此外，随着当今科技的迅猛发展，这其中包括我们所熟知的5G通信技术等，通信通讯的需求不断增长。这也就相应地要求天线工作在更宽的频带内。巴伦也不例外地需要具备更宽的工作带宽。
目前设计使用的巴伦应用于不同的场合，而且使用的方法和理论依据有很大程度上的区别，在各自使用中都存在相应的缺点和需要改进的地方，以微带线巴伦为例，如图1所示，在现有技术中的微带线巴伦100的结构中，输入微带线110的左侧为单端输入端口，其右侧可接短路或者断路；121和122为等长度的两段微带线，121和122连接在一起作为输出微带线120且通过连接点接至零电势的参考面，在实际应用中，通常将121和122合并成一条输出微带线120并通过其中点连接至参考面。在图2所示的连接示意图中，输出微带线220仅通过一段短路连接线230连接至参考面240，250为输出微带线220的中线，同时也是短路连接线230的中线。
在射频信号传输中微带线巴伦在实际设计中往往其工作频率与期望工作频率一般是不一致的，且随着无线通信系统频率的逐步提升，上述不一致也变得更加明显。为了克服上述工作频率与期望频率的偏离，传统的方法包括增加工作带宽，或者同时设计多个版本。但这也存在着一些弊端，上述方法一降低了微带线巴伦的相关性能，方法二则极大的增加了设计成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本公开提供了一种微带线巴伦及其频率调节方法。
一方面本公开提供了一种微带线巴伦，其包括：
输入微带线和输出微带线，该输入微带线和输出微带线沿同一方向且平行设置在导电地板上；
短路连接线组，连接于输出微带线与导电地板之间，该短路连接线组包括多个短路连接线单元，该多个短路连接线单元沿输出微带线的延伸方向阵列排布，且该短路连接线组的中心轴线与输入微带线和输出微带线的中心轴线重合；以及
频率调节装置，该频率调节装置与前述的短路连接线组连接，用于获取射频传输信号中微带线巴伦的实际工作频率，以及响应于调节信号截断该短路连接线组中的短路连接线单元。
优选地，前述的输入微带线和输出微带线的耦合方式为水平耦合或垂直耦合。
优选地，前述的短路连接线单元为选自：微带线、金属导线、通孔等物理结构实现的等效短微带线中的任意一种。
优选地，前述的输出微带线为单耦合线。
优选地，前述的输出微带线为多耦合线，
并且，该短路连接线组包括多条短路连接线阵列，每条短路连接线阵列均对应连接有一条输出微带线，且在每条短路连接线阵列中，该多个短路连接线单元的中心轴线与其连接的输出微带线的中心轴线重合。
另一方面本公开还提供了一种基于如前所述的微带线巴伦的频率调节方法，其包括：
获取射频传输信号中微带线巴伦的实际工作频率；
循环获得该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的比较结果，并在该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值超过预设阈值时，生成调节信号；以及
响应于该调节信号，将短路连接线组从边缘向中心轴线的方向依次截断远离该中心轴线的一组短路连接线单元，直到该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值不超过预设阈值时停止获取步骤。
优选地，前述的短路连接线单元为选自：微带线、金属导线、通孔等物理结构实现的等效短微带线中的任意一种，
并且截断前述短路连接线单元的方式为选自：聚焦粒子束、激光、物理切割中的任意一种。
优选地，在获取射频传输信号中微带线巴伦的实际工作频率的步骤前，该频率调节方法还包括：
根据该微带线巴伦的目标工作频率设置前述短路连接线组中短路连接线单元的个数以及该多个短路连接线单元之间的间隔。
本公开的有益效果是：本公开提供的一种微带线巴伦及其频率调节方法，首先获取射频传输信号中微带线巴伦的实际工作频率；再循环获得该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的比较结果，并在该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值超过预设阈值时，生成调节信号；并响应于该调节信号，将短路连接线组从边缘向中心轴线的方向依次截断远离该中心轴线的一组短路连接线单元，直到该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值不超过预设阈值时停止获取步骤。以此在不降低微带线巴伦性能的基础上，以较低的成本改变了输出微带线与输入微带线之间的有效耦合长度，从而改变了微带线巴伦的工作频率，进而保证微带线巴伦的工作频率与期望频率一致。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出传统技术中的一种微带线巴伦的结构示意图；
图2示出图1所示传统微带线巴伦结构的连接示意图；
图3示出本公开实施例提供的一种微带线巴伦的结构示意图；
图4示出图3所示微带线巴伦中短路连接线组在输出微带线上投影的分布示意图；
图5a和图5b分别示出图3所示微带线巴伦中输出微带线在不同实施方式中的单耦合线与多耦合线的结构示意图；
图6示出本公开实施例提供的基于图3所示微带线巴伦的频率调节方法的流程示意图；
图7示出图6所示微带线巴伦的频率调节模型的过程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本公开，下面将参照相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的较佳实施例。但是，本公开可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。
在天线领域，微带传输线除了可以方便连接微波集成电路，它还具有体积小，重量轻，频带比较宽，而且具备可以用它来构成大部分的微波元器件等优点，到现在已经使用的非常广泛了。随着天线使用频带的逐渐变宽，我们对于巴伦频带宽度的研究已经不能满足实际使用的频宽范围了。而今随着通信技术的飞速发展，通信需求的日益增加，这就使得天线需要在很大的频宽范围内工作，我们对于巴伦的使用性能要求和质量要求都要求非常的高。
由上述介绍可知，巴伦可以实现一路信号至两路信号的转换。单路信号就是指的只有一个输入端口的电路，通常包括阻抗变换器等电路，相应的他们就是传输的不平衡信号；两路信号就是具备两个输入端口的电路，典型的电路就是上文提到的偶极子天线等，他们传输的就是平衡信号。在涉及到实际工程应用时，双端口的器件就是要求有平衡的输入以及平衡的输出，从而降低整个器件的噪声，提升器件工作的稳定性，而且通常情况下，巴伦所应用的场景是两路信号幅度相等、并且相位相反的情况。换句话说，巴伦所扮演的角色就是实现平衡信号与不平衡信号的转换，平衡电路和不平衡电路的转换。巴伦不仅可以应用于天线和做波器件中平衡与不平衡性的转换，还具备阻抗转换的作用从而达到阻抗匹配的目的，因此也可以被广泛应用到平衡天线馈电、推挽放大器等设备中。
在印刷天线设计中，常用的巴伦形式有微带线-共面带状线巴伦、共面波导(CPW)-共面带状线巴伦等。本公开实施例提供的是一种基于微带线-共面带状线巴伦结构(以下简称为微带线巴伦)的频率调节方法，为了克服工作频率与期望频率偏离的问题，本公开实施例中的该频率调节方法可以较低的成本(比如聚焦粒子束)改变了输出微带线与输入微带线之间的有效耦合长度，以改变微带线巴伦的工作频率，进而保证微带线巴伦的工作频率与期望频率一致。
下面，参照附图对本公开进行详细说明。
图3示出本公开实施例提供的一种微带线巴伦的结构示意图，图4示出图3所示微带线巴伦中短路连接线组在输出微带线上投影的分布示意图，图5a和图5b分别示出图3所示微带线巴伦中输出微带线在不同实施方式中的单耦合线与多耦合线的结构示意图。
参考图3，一方面本公开实施例提供了一种微带线巴伦300，其包括：
输入微带线310和输出微带线320，该输入微带线310和输出微带线320沿同一方向且平行设置在导电地板340上，该输入微带线210的左侧为单端输入信号，其右侧可接短路或者断路，该输出微带线220的左右两侧分明为差分输出信号“差分输出+”和“差分输出-”；
短路连接线组330，连接于输出微带线320与导电地板340之间，用于实现输出微带线320与导电地板340之间的电气连接，该短路连接线组330包括多个短路连接线单元331，该多个短路连接线单元331沿输出微带线320的延伸方向阵列排布，且该短路连接线组330的中心轴线与输入微带线310和输出微带线320的中心轴线重合，如图4所示，250为输出微带线220的中心轴线，同时也是短连接线组330的中心轴线；
频率调节装置360，该频率调节装置360与前述的短路连接线组330连接，用于获取射频传输信号中该微带线巴伦300的实际工作频率，以及响应于调节信号截断该短路连接线组330中的短路连接线单元331。
进一步的，在本实施例中，前述的输入微带线310和输出微带线320的耦合方式为水平耦合或垂直耦合。
进一步的，在本实施例中，前述的短路连接线单元331为选自：微带线、金属导线、通孔等物理结构实现的等效短微带线中的任意一种。
进一步的，在本实施例中，如图5a所示，前述的输出微带线320为单耦合线。
在其可替代的实施例中，结合图5b和图4，前述的输出微带线320为多耦合线，并且，该短路连接线组330包括多条短路连接线阵列，每条短路连接线阵列均对应连接有一条输出微带线320，且在每条短路连接线阵列中，该多个短路连接线单元331的中心轴线与其连接的输出微带线320的中心轴线350重合。
综合巴伦实际的应用和现有设计理论，想要在使用中获得更高的工作效率，就要选择相对介电常数比较大的，单片基板的厚度保持相对不变，选择电阻率高的导体材料，介电强度高的材料，且导热系数也应该比较大，最重要的是在需要的频率和温度范围内要有一个不变的介电常数，即一个常数。理想的基片材料就是要满足以上所有特点和要求，这样特别是在微薄集成电路中，可以利用这种理想的基片材料做出更合理论的研究推论以及更加先进准确的工程开发设计。所以可以选择相对介电常数远远大于1的介质材料基板，这样就可以设计出性能更强的介质基板，而且使其具有让几乎所有的高频能量集中在金属带与绝缘材料内的作用与特性，可以在很多实际工程应用中得到应用。
进一步的，通过仿真发现微带线巴伦的信号传输性能与微带线的节数有关，巴伦节数越高，幅度平衡带宽越大，然而当增加的节数越多微带线的尺寸也越长。
此外，根据设计要求，可以灵活选择短路连接线组330中各短路连接线单元331之间的间距以及单元数目。
在本实施例中，该频率调节装置360的具体工作原理如下：
首先获取射频传输信号中该微带线巴伦300的实际工作频率与目标工作频率，再循环获得该微带线巴伦300的实际工作频率与目标工作频率的比较结果，并在该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值超过预设阈值时，生成一调节信号，而后响应于该调节信号，该频率调节装置360将短路连接线组330从边缘向中心轴线350的方向依次截断远离该中心轴线350的一组短路连接线单元331，如图7所示，由于该过程仅截断短路连接线单元331，图7中仅示出短连接线组330。加工制作完成之后，该微带线巴伦300例如包括有8个短路连接线单元331的短路连接线组330。若实际工作频率低于目标工作频率的差值超过预设阈值，可以同时截断最外侧的一对短路连接线单元331，如图7执行1所示。若执行1后实际工作频率低于目标工作频率的差值仍然超过预设阈值，则继续开始截断剩余短路连接线单元331中最外侧的一对短路连接线331，如图7执行2所示，在每次执行截断操作后，再重复获取实际工作频率进行比较，持续执行该操作过程，直到该微带线巴伦300的实际工作频率与目标工作频率的差值不超过预设阈值时停止获取步骤。
或者在可替代的实施例中，当执行到短路连接线组330中含有的短路连接线单元331的个数小于3，同样执行停止步骤。
在本实施例中，通过上述操作以较低的成本(比如聚焦粒子束)改变了输出微带线320与输入微带线310之间的有效耦合长度，从而改变了微带线巴伦300的工作频率，进一步的，可保证该微带线巴伦300的实际工作频率与目标工作频率相一致。
图6示出本公开实施例提供的基于图3所示微带线巴伦的频率调节方法的流程示意图，图7示出图6所示微带线巴伦的频率调节模型的过程示意图。
参考图6，另一方面本公开实施例还提供了一种基于如前所述的微带线巴伦300的频率调节方法，其包括：
步骤S110：获取射频传输信号中微带线巴伦的实际工作频率。
在步骤S110中，获取射频传输信号中微带线巴伦300的实际工作频率的过程中可兼顾执行获取微带线巴伦300的目标工作频率。
进一步的，在获取射频传输信号中微带线巴伦的实际工作频率的步骤前，该频率调节方法还可以包括：
根据该微带线巴伦300的目标工作频率设置前述短路连接线组330中短路连接线单元331的个数以及该多个短路连接线单元331之间的间隔。
步骤S120：循环获得该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的比较结果，并在该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值超过预设阈值时，生成调节信号。
步骤S130：响应于该调节信号，将短路连接线组从边缘向中心轴线的方向依次截断远离该中心轴线的一组短路连接线单元，直到该微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的差值不超过预设阈值时停止获取步骤。
进一步的，在本实施例中，前述的短路连接线单元331为选自：微带线、金属导线、通孔等物理结构实现的等效短微带线中的任意一种，并且截断前述短路连接线单元331的方式为选自：聚焦粒子束、激光、物理切割中的任意一种。
综上所述，本公开实施例提供的一种微带线巴伦300及其频率调节方法，通过首先获取射频传输信号中微带线巴伦300的实际工作频率；再循环获得该微带线巴伦300的实际工作频率与目标工作频率的比较结果，并在该微带线巴伦300的实际工作频率与目标工作频率的差值超过预设阈值时，生成调节信号；并响应于该调节信号，将短路连接线组330从边缘向中心轴线350的方向依次截断远离该中心轴线350的一组短路连接线单元331，直到该微带线巴伦300的实际工作频率与目标工作频率的差值不超过预设阈值时停止获取步骤。以此在不降低微带线巴伦300性能的基础上，以较低的成本改变了输出微带线320与输入微带线310之间的有效耦合长度，从而改变了微带线巴伦300的工作频率，进而保证微带线巴伦300的工作频率与目标期望的工作频率一致。
需要说明的是，本公开实施例所涉及的微带线巴伦例如可以采用单层介质基板实现该巴伦方案，其结构简单，易于实现，在此也进一单一耦合线巴伦为例进行说明，当然在其他可替代的实施例中，也可以应用在多线耦合巴伦的方案中，在此不作限制。
此外，将上述的微带线巴伦结构与印刷辐射器直接连接，形成对称结构的天线整体结构，巴伦的CPS端口的特性阻抗与辐射器的输入阻抗实现匹配。
应当说明的是，在本公开的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
此外，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本公开所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本公开的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种微带线巴伦，其特征在于，包括：
输入微带线和输出微带线，所述输入微带线和所述输出微带线沿同一方向且平行设置在导电地板上；
短路连接线组，连接于所述输出微带线与所述导电地板之间，所述短路连接线组包括多个短路连接线单元，所述多个短路连接线单元沿所述输出微带线的延伸方向阵列排布，且所述短路连接线组的中心轴线与所述输入微带线和所述输出微带线的中心轴线重合；以及
频率调节装置，所述频率调节装置与所述输出微带线连接，用于获取射频传输信号中所述微带线巴伦的实际工作频率，以及响应于调节信号截断所述短路连接线组中的短路连接线单元。
2.根据权利要求1所述的微带线巴伦，其特征在于，所述输入微带线和所述输出微带线的耦合方式为水平耦合或垂直耦合。
3.根据权利要求2所述的微带线巴伦，其特征在于，所述短路连接线单元为选自：微带线、金属导线和通孔的物理结构实现的等效短微带线中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的微带线巴伦，其特征在于，所述输出微带线为单耦合线。
5.根据权利要求3所述的微带线巴伦，其特征在于，所述输出微带线为多耦合线，
并且，所述短路连接线组包括多条短路连接线阵列，每条短路连接线阵列均对应连接有输出微带线，且在所述每条短路连接线阵列中，所述多个短路连接线单元的中心轴线与其连接的输出微带线的中心轴线重合。
6.一种基于如权利要求1～5中任一项所述的微带线巴伦的频率调节方法，其特征在于，所述频率调节方法包括：
获取射频传输信号中所述微带线巴伦的实际工作频率；
循环获得所述微带线巴伦的实际工作频率与目标工作频率的比较结果，并在所述微带线巴伦的实际工作频率与所述目标工作频率的差值超过预设阈值时，生成调节信号；以及
响应于所述调节信号，将所述短路连接线组从边缘向中心轴线的方向依次截断远离所述中心轴线的一组短路连接线单元，直到所述微带线巴伦的实际工作频率与所述目标工作频率的差值不超过所述预设阈值时停止。
7.根据权利要求6所述的频率调节方法，其特征在于，所述短路连接线单元为选自：微带线、金属导线和通孔的物理结构实现的等效短微带线中的任意一种，
并且截断所述短路连接线单元的方式为选自：聚焦粒子束、激光、物理切割中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的频率调节方法，其特征在于，在获取射频传输信号中所述微带线巴伦的实际工作频率的步骤前，所述频率调节方法还包括：
根据所述微带线巴伦的目标工作频率设置所述短路连接线组中短路连接线单元的个数以及所述多个短路连接线单元之间的间隔。
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Denomination of invention: Microstrip line balun and its frequency adjustment method Granted publication date: 20220614 Pledgee: Bank of Hangzhou Limited by Share Ltd. science and Technology Branch Pledgor: Hangzhou Shengde Micro Integrated Circuit Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980042168 |