CN1377100A - 多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器,包含一个多层型的LC共振腔,此LC共振腔的等效电路包括至少一节垂直耦合线、至少一节传输线和至少一个电容。综合LC共振腔、多层化和曲折耦合传输线的方式,达到大幅缩小元件尺寸、操作频宽大、适合制作微小型晶片大小元件和可使用低介质材料制成等优点。

Description

多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器

本发明属于一种平衡至非平衡转换器(balance-to-unbalance，balun)，特别是涉及一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器(multilayer LCresonance balun)。此转换器适合制作成微小型晶片大小元件，及应用于无线区域网络(wireless local network)和个人行动通讯设备中。

平衡至非平衡转换器是一种将非平衡式结构或是信号与平衡式结构或是信号作转换的装置。平衡式信号的特性是两个具有大小相等但相位差(phase difference)180度的信号。许多类似电路往往需要平衡式的输出与输入，既可以降低杂讯、改善高次谐波的发生，也可以提高电路的动态范围。

平衡至非平衡转换器有多种，主要分为主动式(active)与被动式(passive)。一般被动式平衡至非平衡转换器可以分为集总式(lumped-type)、绕线式(coil-type)及分布式(distributed-type)三种。集总式的形式是利用集总式电容及电感，一方面作阻抗匹配，一方面产生180度的相位差及相等信号大小的平衡。此集总式平衡至非平衡转换器的尺寸微小，非常轻巧。但操作频宽较小，且不容易维持其相位差及信号大小的平衡。绕线式平衡至非平衡转换器则广泛使用在较低频带和UHF(ultra highfreqency)频带，但应用在超过UHF频带时会有过大的损耗，而且缩小化程度已达极限。分布式平衡至非平衡转换器主要有180度混成型(hybrid)和马式(Marchand)两种。180度混成型平衡至非平衡转换器常使用在微波频带，也有很好的操作频宽特性，但应用在射频(radio frequency，RF)时，频率介于200MHz至数GHz之间，由于其由数节四分之一波长的传输线所构成，所以尺寸往往太大，即使利用曲折(meander)的方式，也很难大量缩小其面积，若利用一功率分配器再加上一对不同波长传输线以产生180度相位差的结构，也有尺寸过大的问题。

目前最常使用的马式平衡至非平衡转换器是利用两节四分之一波长的耦合线所构成，如图1所示。此种平衡至非平衡转换器拥有相当大的使用频宽，不仅相位平衡度佳，而且功率分配度也佳。一般而言，此种马式平衡至非平衡转换器所使用的传输线必须具有较大的耦合量，其频宽才会良好，因此选择使用不占面积的垂直耦合(broadside coupled)的方式，并适合利用曲折方式加以缩小，常见于射频上的应用，并配合利用高介电系数的材料予以缩小化。

美国专利5,497,137的文献里，揭示了一种晶片型的转换器(chip typetransformer)，如图2所示。此晶片型的转换器包括一积层薄板(laminate)200，此积层薄板备有第一至第五介电基板(dielectricsubstrate)214a-214e，此五片介电基板被往上堆叠(superimposed one onthe other)而成。在第一介电基板214a的一主要表面(main surface)上形成一接地电极(earth electrode)216。在第五介电基板214e的一主要表面(mainsurface)上也形成一接地电极230。在第二介电基板214b的一主要表面上形成一连接电极(connecting electrode)220。在第三介电基板214c的一主要表面上形成一第一带线(strip line)222，此第一带线222系由一第一螺旋状部分(spiral portion)224a和一第二螺旋状部分(spiral portion)224b所构成的。在第四介电基板214d的一主要表面上形成一第二带线226和一第三带线228，此第二带线226和第三带线228分别与第一带线222的第一螺旋状部分224a和第二螺旋状部分224b电磁性连接(electromagnetically connected)。此晶片型的转换器的结构是使用垂直耦合的方式，并配合利用高介电常数的材料来达到缩小化。但低介电常数的材料则无法将元件缩小至晶片型的尺寸。

本发明的目的是提供一种多层型LC共振式平衡至非平衡式转换器。此多层型LC共振式平衡至非平衡式转换器包含一个多层型的LC共振腔，此LC共振腔的等效电路包括至少一节垂直耦合线、至少一节传输线和至少一个电容器。

本发明系综合LC共振腔、多层化和曲折耦合传输线的方式，而达到大幅缩小元件尺寸的目的，而且是利用较低介电常数的材料制成的平衡至非平衡式转换器。所以也较能达到维持元件特性稳定度的目的。

本发明包含有：

一输入接口；

一第一和一第二输出接口；

至少两节耦合线，每节耦合线备有一形状，且由一第一线部分和一第二线部分组成；

一传输线，插入在一第一节耦合线和一第二节耦合线之间，该传输线备有两端，一端联结至该第一节耦合线的第一线部分，另一端联结至该第二节耦合线的第一线部分；以及

至少一电容；

其中，相邻两节耦合线的第一线部分互相联结，第二线部分也互相联结，在该最前与最后节耦合线的第一线部分并联该至少一电容，第二线部分联结至两接地端，该第一和第二输出接口分别联结至该第一节和第二节耦合线的第二线部分，该输入接口联结至该最前或最后节耦合线的第一部分。

该耦合线的形状是选自螺旋状、曲折状、弦波状和锯齿状中的一种形状。

该耦合线是一低耗损金属材质。

该传输线是一低耗损金属材质。

该转换器是利用一多层介电层结构和一电感电容共振腔的等效电路来完成，且平衡端是利用穿孔方式至另一介电层。

该多层介电层结构包含至少七层介电层，该介电层向上堆叠而成，该七层介电层从最顶层至最底层依序称为第一介电层至第七介电层，且每一介电层备有一主要表面，该七层介电层由下列介电层组成：

该第一介电层的主要表面为一接地金属面；

该第二介电层的主要表面上形成一第一穿孔和该第一输出接口；

该第三介电层的主要表面上形成该第一节耦合线的第一线部分；

该第四介电层的主要表面上形成该第一节耦合线的第二线部分和该输入接口；

该第五介电层的主要表面上形成该第二节耦合线的第二线部分；

该第六介电层的主要表面上形成该第二节耦合线的第一线部分；以及

该第七介电层的主要表面上形成一第二穿孔和该第二输出接口，且该第七介电层更备有一接地金属板；

其中，该至少一电容形成在该第四或第五介电层的主要表面上。

该第二介电层的主要表面上的该第一输出接口的范围由该主要表面的中心朝向右上侧边缘，该第三介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的右侧，该第四介电层的主要表面上的第二线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的右侧，该第五介电层的主要表面上的该第二线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的右侧，该第六介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的右侧，该第七介电层的主要表面上的该第二输出接口的范围由该主要表面的中心形朝向左上侧边缘，且该至少一电容形成在该第四或第五介电层的主要表面上的左侧。

该第二介电层的主要表面上的该第一输出接口的范围由该主要表面的中心朝向左上侧边缘，该第三介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的左侧，该第四介电层的主要表面上的第二线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的左侧，该第五介电层的主要表面上的该第二线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的左侧，该第六介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的左侧，该第七介电层的主要表面上的该第二输出接口的范围由该主要表面的中心形朝向右上侧边缘，且该至少一电容形成在该第四或第五介电层的主要表面上的右侧。

该多层介电层结构包含至少十层介电层，该介电层向上堆叠而成，该十层介电层从最顶层至最底层依序称为第一介电层至第十介电层，且每一介电层备有一主要表面，该十层介电层由下列介电层组成：

该第一介电层的主要表面为一接地金属面；

该第二介电层的主要表面上形成该第一输出接口；

该第三介电层的主要表面上形成该第一节耦合线的第一线部分；

该第四介电层的主要表面上形成该第一节耦合线的第二线部分和该输入接口；

该第五介电层的主要表面上形成该第二节耦合线的第二线部分；

该第六介电层的主要表面上形成该第二节耦合线的第一线部分；

该第七介电层的主要表面上形成该第二输出接口；以及

该第八介电层是一接地金属层，其主要表面上形成至少一穿孔；

至少有一介电层位于该第八介电层的下方，且其主要表面上形成该至少一电容；以及

一最底层的介电层，且该介电层备有一接地金属面。

该第二介电层的主要表面上的该第一输出接口的范围由该主要表面的中心朝向右上侧边缘，该第三介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心由内向外形成在该主要表面上，该第四介电层的主要表面上的第二线部分的范围自该主要表面的中心由内向外形成在该主要表面上，该第五介电层的主要表面上的该第二线部分的范围自该主要表面的中心由内向外形成在该主要表面上，该第六介电层的主要表面上的该第一线部分的范围自该主要表面的中心由内向外形成在该主要表面上，该第七介电层的主要表面上的该第二输出接口的范围由该主要表面的中心朝向左上侧边缘。

该多层介电层结构包含至少十层介电层，该介电层向上堆叠而成，且每一介电层备有一主要表面，该至少十层介电层至少由下列介电层所组成：

一最顶层介电层，该最顶层的主要表面是一接地金属面；

至少有一介电层位于最顶层介电层的下方，且其主要表面上形成该至少一电容；

一层接地金属层，位于该至少一电容下方的第一介电层，其主要表面上形成至少一穿孔；

一层位于该至少一电容下方的第二介电层，其主要表面上形成该第一输出接口；

一层位于该至少一电容下方的第三介电层，其主要表面上形成该第一节耦合线的第一线部分；

一层位于该至少一电容下方的第四介电层，其主要表面上形成该第一节耦合线的第二线部分和该输入接口；

一层位于该至少一电容下方的第五介电层，其主要表面上形成该第二节耦合线的第二线部分；

一层位于该至少一电容下方的第六介电层，其主要表面上形成该第二节耦合线的第一线部分；

一层位于该至少一电容下方的第七介电层，其主要表面上形成该第二输出接口；以及

一最底层的介电层，且该介电层备有一接地金属面。本发明还包含有：

一输入接口；

一第一和一第二输出接口；

至少一节耦合线，每节耦合线备有一形状，且由一第一线部分和一第二线部分组成；

一第一和第二传输线，每一传输线备有两端；

一第三和第四传输线，每一传输线备有两端；以及

至少二电容；

其中，相邻两节耦合线的第一线部分互相联结，第二线部分也互相联结，在该最前与最后节耦合线的第一线部分并联该至少一电容后，分别串联该第一和第二传输线，在该最前与最后节耦合线的第二线部分并联该至少一电容后，分别串联该第三和第四传输线，该第一和第二输出接口分别联结至该第一和第二传输线，该输入接口联结至第三传输线，且该第四传输线联结至一接地端。

该耦合线的形状是选自螺旋状、曲折状、弦波状和锯齿状中的一种形状。

该耦合线是一低耗损金属材质。

该传输线是一低耗损金属材质。

该转换器是利用一多层介电层结构和一电感电容共振腔的等效电路来完成，且平衡端是利用穿孔方式至另一介电层。

该多层介电层结构包含至少八层介电层，该介电层向上堆叠而成，且每一介电层备有一主要表面，该至少八层介电层至少由下列介电层组成：

一最顶层介电层，该最顶层介电层的主要表面是一接地金属面；

至少一介电层，位于最顶层介电层的下方，且其主要表面上形成该至少一电容；

一第一接地金属层，位于该至少一电容下方的第一层介电层，其主要表面上形成至少一穿孔；

至少一层介电层，位于该第一接地金属层的下方，每一层介电层的主要表面上形成一节耦合线的第一线部分；

至少一层介电层，位于该第一线部分的下方，每一层介电层的主要表面上形成一节耦合线的第二线部分；

一第二接地金属层，位于该第二线部分的下方，其主要表面上形成至少一穿孔；

至少一介电层，位于该第二接地金属层的下方，其主要表面上形成该至少一电容；

以及，一最底层介电层，且该最底层介电层备有一接地金属面。

每一第一线部分的范围自对应的介电层的主要表面中心由内向外形成在该主要表面上，每一第二线部分的范围自对应的介电层的主要表面中心由内向外形成在该主要表面上。

与该输入接口联结的为等效四分之一波长传输线的电感电容共振腔，且与该第一和第二输出接口联结的为等效二分之一波长传输线的电感电容共振腔。

由于本发明的耦合传输线在几何结构上完全对称于结构中心点，因此具有很好的相位和振幅的平衡度。适当调整耦合线及电容的比例，可使平衡端得到适当的阻抗匹配。

本发明给出的两个实施例中，实施例1的一个LC共振腔的等效电路是由两节耦合线(coupled line)、一节传输线及并联一个电容所构成。适当加大此等效电路的并联电容值，更可以缩小元件的设计尺寸。将电容移至垂直耦合传输线的上方或下方，充分利用多层电路结构的特点，来达成大幅度缩小元件尺寸的平衡至非平衡式转换器。

实施例2的一个LC共振腔的等效电路是由一节耦合线分别串联一个电容，然后分别在两端各串接一节传输线所构成。其中与非平衡端连接的为等效四分之一波长传输线的LC共振腔。充分利用LC共振腔原理，来达到尺寸缩小的目的。平衡端的阻抗匹配及振幅与相位平衡度，可经适当设计等效二分之一波长的LC共振腔及两个传输线长度来获得。

另外，制作成微小型晶片大小元件时，本发明的多层型LC共振式平衡至非平衡转换器的耦合线绕线方式可利用螺旋式(spiral)、曲折式(meander)、弦波式(sinusoidal)和锯齿式(triangular)等多种方式绕线。

本发明的两个实施例经模拟测量其信号的振幅(amplitude)和相位平衡特性的结果，在操作频率为2.44GHz，且操作频宽为200MHz，其信号的振幅差在2dB以内，相位差也在5度以内。

下面结合附图和实施例，对本发明作详细说明。

图1是马式平衡至非平衡转换器的示意图。

图2是晶片型的转换器的示意图。

图3a是实施例1其LC共振腔的等效电路示意图。

图3b是将图3a演变为多节垂直耦合线和并联多个电容的示意图。

图4a是实施例2其LC共振腔的等效电路示意图。

图4b是将图4a演变为多节垂直耦合线和并联多个电容的示意图。

图5a～图5d是本发明的耦合线绕线的四种实施方式，分别是螺旋式、曲折式、弦波式和锯齿式。

图6a～图6b是将图3a的等效电路利用多层电路结构的特点，来增大此等效电路的并联电容值，其中分别使用两种螺旋式的耦合线绕线的方式。

图7是将图4a的等效电路利用LC共振腔原理及多层电路结构的特点，来达到尺寸缩小的目的，其中使用曲折式的耦合线绕线的方式。

图8a是实施例1的输入损耗及返回损耗特性测量结果。

图8b是实施例1的两平衡输出接口信号的振幅和相位误差值的测量结果。

图9a是实施例2的输入损耗及返回损耗特性测量结果。

图9b是实施例2的两平衡输出接口信号的振幅和相位误差值的测量结果。图中：200积层薄板                   214a～214e第一至第五介电基板216、230接地电极              220连接电极222第一带线                   224a第一螺旋状部分224b第二螺旋状部分            226第二带线228第三带线301耦合线(含线301a及线301b)302耦合线(含线302a及线302b)303传输线                     304电容306带线                       777接地端311平衡接口                   312a、312b平衡接口313a、313b金属线              314a、314b带线320最右侧的耦合线             32j右侧的耦合线320a最右侧的耦合线的第一线部分320b最右侧的耦合线的第二线部分321最左侧的耦合线             32I左侧的耦合线321a最左侧的耦合线的第一线部分321b最左侧的耦合线的第二线部分C1～Cn电容401耦合线(含线401a和线401b)4031～403m、4041～404n电容411a、411b传输线              412a、412b传输线413平衡接口                   414a、414b平衡接口612a～612h图6a的第一至第八介电层615a第一穿孔                  615b第二穿孔620a第一输出接口              620b第二输出接口624a第一耦合线的第一线部分624b第一耦合线的第二线部分626a第二耦合线的第一线部分626b第二耦合线的第二线部分

630输入接口

CP1电容的第一电极部分           CP2电容的第二电极部分

642a～642k图6b的第一至第十一介电层

712a～712I图7的第一至第九介电层

732a、732b传输线                715a、715b、715c穿孔

CP电容的电极部分

实施例1：本发明LC共振腔300的等效电路基本上由两节远小于四分之一波长的垂直耦合线301(含线301a及301b)和302(含线302a及线302b)、一节传输线303及并联一个电容304所构成。耦合线301中的线301b和耦合线302中的线302b各有两端，分别连接至平衡接口和接地端777。由图3a可看出，线301b和线302b分别由两金属线313a和313b连接至两平衡接口312a和312b，而金属线313a和313b的端点即分别为平衡接口312a和312b。插入的传输线303的两端分别由两带线314a和314b连接至耦合线301中的线301a和耦合线302中的线302a。非平衡接口311为一输入端，由一带线306连接至其中一节耦合线，如3021中的线302a。

由于此耦合传输线在几何结构上完全对称于结构中心点，因此具有很好的相位和振幅的平衡度。而且，适当调整耦合线及电容的比例，可使平衡端得到适当的阻抗匹配。在实际应用上，本实施例中的垂直耦合线可使用对称形或非对称形的结构，插入的传输线可以是电容性或是电感性传输线。此传输线除了可增加平衡接口的平衡度外，当平衡接口的阻抗特性为复杂型态时，也可以达到匹配非平衡接口至平衡接口的复数阻抗。此LC共振腔的等效电路可演变为多节垂直耦合线和并联多个电容。

图3b是由图3a演变的多节垂直耦合线和并联多个电容的LC共振腔的等效电路示意图。其中，插入在左右两节耦合线301和302之间的传输线的左右两侧各演变多节的耦合线，一个虚线方框表示一节耦合线，每节耦合线是由一第一线部分(first line portion)和一第二线部分(secondline portion)组成，第一线部分和第二线部分均各有两端。传输线303左侧的每节耦合线32i的第一线部分与其邻近的耦合线的第一线部分连接，第二线部分与其邻近的耦合线的第二线部分连接，传输线右侧的每节耦合线32j亦然。非平衡接口311由带线306连接至最左侧的耦合线321的第一线部分321a，此最左侧的耦合线321的第二线部分321b的左端则连接至地端777。最左侧的耦合线321的第一线部分321a的左端和最右侧的耦合线320的第一线部分320a的右端并联多个电容C1～Cn。最右侧的耦合线320的第二线部分320b的右侧则连接至地端777。

适当增大此等效电路的并联电容，更可以缩小元件的设计尺寸。而且可将左右对称结构的其中一半移至上方，形成上下对称结构，电容移至垂直耦合传输线的上方或下方，平衡端采用穿孔方式至另一介质层，层次以对称中央方式均匀向上下延伸，充分利用多层电路结构的特点，来达到大幅缩小元件尺寸的平衡至非平衡式转换器，这部分将于图6a、图6b中详细说明。

实施例2、本发明LC共振腔400的等效电路基本上由一节垂直耦合线401(含线401a和线401b)，其中并联一个电容403、分别串接于线401a两端的传输线411a和411b，及并联一个电容404、分别串接于线401b两端的传输线412a和412b所构成。与非平衡接口413连接的为远小于四分之一波长的传输线411a。传输线411b的另一端连接至地端777。与两平衡接口414a和414b连接的分别为远小于二分之一波长的两传输线412a和412b。

此结构充分利用LC共振腔原理，因而达到尺寸缩小的目的。适当设计两传输线412a和412b长度获得平衡端的阻抗匹配及振幅与相位平衡度。同样，在实际应用上，本实施例中的垂直耦合线可使用对称形或非对称形的结构，此LC共振腔的等效电路可演变为多节垂直耦合线和分别并联多个电容。

图4b是将图4a演变为多节垂直耦合线的等效电路的示意图。除了一节耦合线401外，演变出多节的耦合线，其他电性连接方式同图4a。图4b中，一个虚线方框表示一节耦合线，每节耦合线是由一第一线部分(firstline portion)和一第二线部分(second line portion)组成，第一线部分和第二线部分各有两端。每节耦合线的第一线部分与其邻近的耦合线的第一线部分连接，第二线部分与其邻近的耦合线的第二线部分连接。此等效电路基本上由多节垂直耦合线，其中并联多个电容403l～403m、分别串接于最左耦合线和最右侧耦合线的第二线部分左右两端的传输线412a和412b所构成。再利用多层电路结构，将电容移至垂直耦合传输线的上方或是下方，可大幅缩小元件尺寸，这部分将于图7中详细说明。

根据本发明，耦合线绕线的方式有多种曲折延伸的实施方式。图5a～图5d是本发明的耦合线绕线的四种实施方式，分别是螺旋式、曲折式、弦波式和锯齿式。利用此曲折延伸方式可以缩短元件平面的尺寸。

图6a～图6b是结合图3a和图3b的等效电路，并利用多层电路结构的特点来增大此等效电路的并联电容值，其中两节垂直耦合线并联一个电容，并使用螺旋式的耦合线绕线的方式。图6a中，电容置于垂直耦合线的左侧。图6b中，电容置于垂直耦合线的下方。为了增加垂直耦合线的长度，以增大转换器的操作频宽，在图6a和图6b中，均利用穿孔方式将平衡接口移至另一层。

图6a中，此平衡至非平衡转换器包含第一至第八介电层(dielectriclayer)612a～612h，此八层介电层被往上堆叠而成。第一和第八的上下最外两层612a和612h的主要表面(main surface)分别为第一和第二接地面(ground plane)，即斜线区域，此接地面可使用金属片材质。在第二介电层612b的一主要表面上形成一第一穿孔(via-hole)615a和一第一输出接口620a，此第一输出接口620a的范围(range)由主要表面的中心朝向右上侧边缘。在第七介电层612g的一主要表面上形成一第二穿孔615b和一第二输出接口620b，第二输出接口620b的范围(range)由主要表面的中心朝向左上侧边缘。在第三介电层612c的一主要表面上形成一第一耦合线的第一线部分624a，此第一线部分624a的范围由主要表面的中心以螺旋式绕线形成在主要表面的左侧。在第六介电层612f的一主要表面上形成一第二耦合线的第一线部分626a，此第一线部分626a的范围由主要表面的中心以螺旋式绕线形成在主要表面的右侧。在第四介电层612d的一主要表面上形成一第一耦合线的第二线部分624b、电容的第一电极部分CP1和一输入接口630，此第二线部分624b的范围由主要表面的中心以螺旋式绕线形成在主要表面的右侧，此电容的第一电极部分CP1置于第一耦合线(由第一线部分624a和第二线部分624b组成)的左侧。在第五介电层612e的一主要表面上形成一第二耦合线的第二线部分626b和电容的第二电极部分CP2，此第二线部分626b的范围由主要表面的中心以螺旋式绕线形成在主要表面的右侧，此电容的第二电极部分CP2置于第二耦合线(由第一线部分626a和第二线部分626b组成)的左侧。在实际应用上，电容也可以置于垂直耦合线的右侧。

图6b中，由于电容的两个电极部分CP1和CP2是置于垂直耦合线的下方，因此较图6a的结构多出三层介电层，共十一层介电层642a～642k。多出的三层介电层642h～642j是堆叠在图6a中的第七介电层(含第二输出接口)与第八介电层(第二接地层)之间。介电层642h是一备有两穿孔的第三接地层。在介电层642i的一主要表面上形成电容的电极部分CP。在介电层642j的一主要表面上形成电容的第二电极部分C2。而螺旋式的第一耦合线和第二耦合线的绕线范围也可以自主要表面的中心由内向外扩展到整个主要表面上。要实际应用中，电容也可以置于垂直耦合线的上方。

图7是结合图4a和图4b的等效电路利用LC共振腔原理及多层电路结构的特点，来达到尺寸缩小的目的，其中第一电容的电极部分CP置于一节耦合线的上方，第二电容的第一电极部分CP1和第二电极部分CP2置于此节耦合线的下方，并且使用曲折式的耦合线绕线的方式，平衡接口也是利用穿孔方式移至另一介电层。根据本发明，与非平衡端连接的为等效四分之一波长传输线的LC共振腔，而与平衡端连接的则为等效二分之一波长传输线的LC共振腔。

图7中，此平衡至非平衡转换器包含第一至第九介电层712a～712i，此九层介电层被往上堆叠而成。第一和第九的上下最外两层712a和712i的主要表面分别为第一和第二接地面，即斜线区域。第一电容的电极部分CP、第二电容的第一电极部分CP1和第二电极部分CP2分别形成在第二介电层712b、第七介电层712g和第八介电层712h的一主要表面上。一节耦合线的第一线部分724a和第二线部分724b分别形成在第四介电层712d和第五介电层712e的一主要表面上，且传输线732a、732b和传输线746分别形成在第五介电层712e和第二介电层712b的主要表面上。在实际应用上，图4a中的传输线411b可以省略。在电容与耦合线之间加入一接地层，图7中加入第三和第四接地层，即分别为第三介电层712c和第六介电层712f，且在第三介电层712c和第六介电层712f的主要表面上(即接地面而以斜线区表示)分别形成一个穿孔715a和两个穿孔715b和715c。

以上所述的耦合线、传输线或接地层可使用低耗损金属材质，如银(Ag)、铂(Pd)、铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)等。

在陶瓷介电常数εr等于7.8和中心频率f₀等于2.44GHz的设计环境下，本发明分别以图3和图4所演变的两种多层电路结构来分折LC共振式平衡至非平衡转换器的参数。两种结构的返回损耗(return loss)|S₁₁|及输入损耗|S₂₁|和|S₃₁|的特性测量结果分别于图8a和图9a表示。其中横轴为转换器的操作频率(单位为GHz)，测量的频率范围为2～3GHz，纵轴为S参数测量的振幅值(单位为dB)。在高频电路中，因为测量到的电压和电流是一种波(电压波和电流波)，其测量到的值会因位置不同而改变，利用S参数来描述一个网络时，必须预先订出每个接口联结的传输线的特性阻抗。返回损耗在设计的频宽范围2.34～2.54GHz，需小于-10dB，即表示非平衡输入接口阻抗，因此能量损耗很小。而S₂₁和S₃₁代表输入损耗，在设定的频宽中因能量平均分配在二个接口，再加上材料损耗因素，所以大小值小于-3dB，-3dB表示能量因均分而降低二分之一，即平衡输出接口接受大都分能量。

综上所述，本发明的LC共振式平衡至非平衡转换器综合LC共振腔、多层化和曲折耦合传输线的方式，不仅克服传统平衡至非平衡转换器的缺点，且达到大幅缩小元件尺寸、操作频宽大，而且可使用低介电材料来制成等多项优点。所以降低成本，且提高元件制作的稳定性。适合制作微小型晶片大小元件，能满足现今通讯设备具备轻、薄、短、小特征的要求。

以上所述，仅为本发明的两个实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围。即凡按本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，均应属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (19)

1、一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，适用于无线通讯传输设备，其特征在于，该转换器包含有：

一输入接口；

一第一和一第二输出接口；

至少两节耦合线，每节耦合线备有一形状，且由一第一线部分和一第二线部分组成；

一传输线，插入在一第一节耦合线和一第二节耦合线之间，该传输线备有两端，一端联结至该第一节耦合线的第一线部分，另一端联结至该第二节耦合线的第一线部分；以及

至少一电容；

其中，相邻两节耦合线的第一线部分互相联结，第二线部分也互相联结，在该最前与最后节耦合线的第一线部分并联该至少一电容，第二线部分联结至两接地端，该第一和第二输出接口分别联结至该第一节和第二节耦合线的第二线部分，该输入接口联结至该最前或最后节耦合线的第一部分。

2、根据权利要求1所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该耦合线的形状是选自螺旋状、曲折状、弦波状和锯齿状中的一种形状。

3、根据权利要求1所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该耦合线是一低耗损金属材质。

4、根据权利要求1所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该传输线是一低耗损金属材质。

5、根据权利要求1所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该转换器是利用一多层介电层结构和一电感电容共振腔的等效电路来完成，且平衡端是利用穿孔方式至另一介电层。

6、根据权利要求1所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该多层介电层结构包含至少七层介电层，该介电层向上堆叠而成，该七层介电层从最顶层至最底层依序称为第一介电层至第七介电层，且每一介电层备有一主要表面，该七层介电层由下列介电层组成：

该第一介电层的主要表面为一接地金属面；

该第二介电层的主要表面上形成一第一穿孔和该第一输出接口；

该第三介电层的主要表面上形成该第一节耦合线的第一线部分；

该第四介电层的主要表面上形成该第一节耦合线的第二线部分和该输入接口；

该第五介电层的主要表面上形成该第二节耦合线的第二线部分；

该第六介电层的主要表面上形成该第二节耦合线的第一线部分；以及

该第七介电层的主要表面上形成一第二穿孔和该第二输出接口，且该第七介电层更备有一接地金属板；

其中，该至少一电容形成在该第四或第五介电层的主要表面上。

7、根据权利要求1所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该第二介电层的主要表面上的该第一输出接口的范围由该主要表面的中心朝向右上侧边缘，该第三介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的右侧，该第四介电层的主要表面上的第二线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的右侧，该第五介电层的主要表面上的该第二线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的右侧，该第六介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的右侧，该第七介电层的主要表面上的该第二输出接口的范围由该主要表面的中心形朝向左上侧边缘，且该至少一电容形成在该第四或第五介电层的主要表面上的左侧。

8、根据权利要求6所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该第二介电层的主要表面上的该第一输出接口的范围由该主要表面的中心朝向左上侧边缘，该第三介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的左侧，该第四介电层的主要表面上的第二线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的左侧，该第五介电层的主要表面上的该第二线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的左侧，该第六介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心形成在该主要表面的左侧，该第七介电层的主要表面上的该第二输出接口的范围由该主要表面的中心形朝向右上侧边缘，且该至少一电容形成在该第四或第五介电层的主要表面上的右侧。

9、根据权利要求5所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该多层介电层结构包含至少十层介电层，该介电层向上堆叠而成，该十层介电层从最顶层至最底层依序称为第一介电层至第十介电层，且每一介电层备有一主要表面，该十层介电层由下列介电层组成：

该第一介电层的主要表面为一接地金属面；

该第二介电层的主要表面上形成该第一输出接口；

该第三介电层的主要表面上形成该第一节耦合线的第一线部分；

该第四介电层的主要表面上形成该第一节耦合线的第二线部分和该输入接口；

该第五介电层的主要表面上形成该第二节耦合线的第二线部分；

该第六介电层的主要表面上形成该第二节耦合线的第一线部分；

该第七介电层的主要表面上形成该第二输出接口；以及

该第八介电层是一接地金属层，其主要表面上形成至少一穿孔；

至少有一介电层位于该第八介电层的下方，且其主要表面上形成该至少一电容；以及

一最底层的介电层，且该介电层备有一接地金属面。

10、根据权利要求9所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该第二介电层的主要表面上的该第一输出接口的范围由该主要表面的中心朝向右上侧边缘，该第三介电层的主要表面上的该第一线部分的范围由该主要表面的中心由内向外形成在该主要表面上，该第四介电层的主要表面上的第二线部分的范围自该主要表面的中心由内向外形成在该主要表面上，该第五介电层的主要表面上的该第二线部分的范围自该主要表面的中心由内向外形成在该主要表面上，该第六介电层的主要表面上的该第一线部分的范围自该主要表面的中心由内向外形成在该主要表面上，该第七介电层的主要表面上的该第二输出接口的范围由该主要表面的中心朝向左上侧边缘。

11、根据权利要求5所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该多层介电层结构包含至少十层介电层，该介电层向上堆叠而成，且每一介电层备有一主要表面，该至少十层介电层至少由下列介电层所组成：

一最顶层介电层，该最顶层的主要表面是一接地金属面；

至少有一介电层位于最顶层介电层的下方，且其主要表面上形成该至少一电容；

一层接地金属层，位于该至少一电容下方的第一介电层，其主要表面上形成至少一穿孔；

一层位于该至少一电容下方的第二介电层，其主要表面上形成该第一输出接口；

一层位于该至少一电容下方的第三介电层，其主要表面上形成该第一节耦合线的第一线部分；

一层位于该至少一电容下方的第四介电层，其主要表面上形成该第一节耦合线的第二线部分和该输入接口；

一层位于该至少一电容下方的第五介电层，其主要表面上形成该第二节耦合线的第二线部分；

一层位于该至少一电容下方的第六介电层，其主要表面上形成该第二节耦合线的第一线部分；

一层位于该至少一电容下方的第七介电层，其主要表面上形成该第二输出接口；以及

一最底层的介电层，且该介电层备有一接地金属面。

12、一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，适用于无线通讯传输设备，其特征在于，该转换器包含有：

一输入接口；

一第一和一第二输出接口；

至少一节耦合线，每节耦合线备有一形状，且由一第一线部分和一第二线部分组成；

一第一和第二传输线，每一传输线备有两端；

一第三和第四传输线，每一传输线备有两端；以及

至少二电容；

其中，相邻两节耦合线的第一线部分互相联结，第二线部分也互相联结，在该最前与最后节耦合线的第一线部分并联该至少一电容后，分别串联该第一和第二传输线，在该最前与最后节耦合线的第二线部分并联该至少一电容后，分别串联该第三和第四传输线，该第一和第二输出接口分别联结至该第一和第二传输线，该输入接口联结至第三传输线，且该第四传输线联结至一接地端。

13、根据权利要求12所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该耦合线的形状是选自螺旋状、曲折状、弦波状和锯齿状中的一种形状。

14、根据权利要求12所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该耦合线是一低耗损金属材质。

15、根据权利要求12所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该传输线是一低耗损金属材质。

16、根据权利要求12所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该转换器是利用一多层介电层结构和一电感电容共振腔的等效电路来完成，且平衡端是利用穿孔方式至另一介电层。

17、根据权利要求12所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，该多层介电层结构包含至少八层介电层，该介电层向上堆叠而成，且每一介电层备有一主要表面，该至少八层介电层至少由下列介电层组成：

一最顶层介电层，该最顶层介电层的主要表面是一接地金属面；

至少一介电层，位于最顶层介电层的下方，且其主要表面上形成该至少一电容；

一第一接地金属层，位于该至少一电容下方的第一层介电层，其主要表面上形成至少一穿孔；

至少一层介电层，位于该第一接地金属层的下方，每一层介电层的主要表面上形成一节耦合线的第一线部分；

至少一层介电层，位于该第一线部分的下方，每一层介电层的主要表面上形成一节耦合线的第二线部分；

一第二接地金属层，位于该第二线部分的下方，其主要表面上形成至少一穿孔；

至少一介电层，位于该第二接地金属层的下方，其主要表面上形成该至少一电容；

以及，一最底层介电层，且该最底层介电层备有一接地金属面。

18、根据权利要求17所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，每一第一线部分的范围自对应的介电层的主要表面中心由内向外形成在该主要表面上，每一第二线部分的范围自对应的介电层的主要表面中心由内向外形成在该主要表面上。

19、根据权利要求16所述的一种多层型电感电容共振式平衡至非平衡转换器，其特征在于，与该输入接口联结的为等效四分之一波长传输线的电感电容共振腔，且与该第一和第二输出接口联结的为等效二分之一波长传输线的电感电容共振腔。

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