CN1753244A - 分层平衡－不平衡变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超小型分层平衡－不平衡变换器，其中传输线长度被减小到低于λ/4，而没有任何特性的改变。该分层平衡－不平衡变换器包括：第一带状线，其有一端被输入不平衡信号；第二带状线，将其与第一带状线连接；第三带状线，将其与第一带状线平行设置并连接到地线和连接到用于第一平衡信号的外部电极；第四带状线，将其与第二带状线平行设置并连接到用于接地的外部电极和用于第二平衡信号的外部电极；以及电容形成电极，将其与第二带状线的开端的一部分平行设置并连接到用于不平衡信号的外部电极。

Description

分层平衡-不平衡变换器

相关申请

本发明要求于2004年9月23日提交的韩国申请第2004-76301号的优先权，将其披露的全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种分层平衡-不平衡变换器，尤其涉及一种超小型分层平衡-不平衡变换器，其中传输线长度减小到低于λ/4而没有任何特性的改变。

背景技术

在平衡-不平衡变换器(balun transformer)中的术语“balun(平衡-不平衡)”是平衡-不平衡的缩写，指的是一种由电路或结构组成的装置，该电路或结构用于将平衡信号变换成不平衡信号，并且反之亦然。例如，当将具有平衡输入/输出级的装置如混频器和放大器连接到具有不平衡输入/输出级的装置如天线时，需要在平衡信号和不平衡信号之间进行变换。

平衡-不平衡变换器能够通过集总元件如R、L、以及C元件，或者分布元件如微带状线、带状线、以及传输线的组合来实现。最近，随着对广泛使用平衡-不平衡变换器的无线电通信产品的小型化越来越多的需要，一种使用低温共烧陶瓷(LTCC)的分层平衡-不平衡变换器常常被用来减小这些元件的尺寸。

图1是示出了由Marchand提出的一般平衡-不平衡变换器的基本构造的等效电路图。如图所示，该平衡-不平衡变换器是由四条带状线14至17组成，每条均具有λ/4(在此，λ为1/fc(fc是输入/输出信号的中心频率))的长度。在这四条带状线14至17中，第一带状线14有一端连接到不平衡端口11，经由该端口具有中心频率的不平衡信号被输入或输出。第二带状线15有一端串联连接到第一带状线14的另一端。第二带状线15的另一端为开路。此外，第三带状线16和第四带状线17分别有一端连接到接地点，并且排列成分别与第一带状线14和第二带状线15平行，以在它们之间形成电耦合。将第三带状线和第四带状线16和17的另一端分别连接到平衡端口12和13，经由该端口平衡信号被输入或输出。

在上述结构中，第一带状线14和第三带状线16形成一个耦合器，而第二带状线15和第四带状线17形成另一个耦合器。由于上述结构，在具有一定频率的不平衡信号被输入到不平衡端口11时，则在第一带状线14至第四带状线17之间产生电磁耦合，因此，与输入的不平衡信号具有同样的频率和量值、但是具有与不平衡信号的相位相差180度的相位的平衡信号通过平衡端口12和13被输出。相反，在具有不同频率、相同量值、以及彼此相差180度的相位的两个平衡信号被分别输入到平衡端口12和13时，与这两个输入的平衡信号具有相同频率的不平衡信号通过不平衡端口11被输出。

具有这样的等效电路的传统的分层平衡-不平衡变换器具有如图2所示的形状以及如图3所示的内部结构。

参照图2，传统的分层平衡-不平衡变换器20是由矩形六面体电介质块21和形成在该电介质块21的两个相对侧上的多个外部电极23至28组成，将每个外部电极设定为一个端子，如不平衡端、平衡端、或接地端。例如，将外部电极23设定为用于非连接的端子，将外部电极24和27设定为接地端，将外部电极25和28设定为平衡信号的输入/输出端，以及将外部电极26设定为不平衡信号的输入/输出端。

参照图3，电介质块21是由利用LTCC方法层压的多个电介质薄片组成。在多个层压的电介质薄片上以向下方向顺次形成有：第一接地电极31a，其连接到用于接地的外部电极24和27上；第一带状线14，其具有λ/4的长度，并且有一端连接到用于不平衡信号的输入/输出的外部电极26上；第三带状线16，将其与第一带状线14平行设置，具有λ/4的长度，并且两端分别连接到用于平衡信号的输入/输出的外部电极25和用于接地的外部电极27上；第二接地电极31b，将其连接到用于接地的外部电极24和27上；第二带状线15，其具有λ/4的长度，以及有一端经过外部电极23连接到第一带状线14上，并且另一端开路；第四带状线17，将其与第二带状线15平行设置，并且两端分别连接到用于接地的外部电极27和用于平衡信号的输入/输出的外部电极28上；以及第三接地电极31c，其连接到用于接地的外部电极24和27上。

另外，在多个层压电介质薄片上可以形成有：导线电极32a至34d，用来将第一带状线14至第四带状线17连接到相应的外部电极23到28；以及通路孔33a至33d，用于将导线电极32a至32d电连接到在其他层上的相应带状线14至17。

如上所述，分层平衡-不平衡变换器是通过竖直层压四个λ/4带状线进行微型化。然而，由于实现λ/4带状线需要面积，所以该分层平衡-不平衡变换器的微型化具有局限性。

发明内容

因此，为了克服这种微型化的局限性而作出了本发明，本发明的目的在于提供一种超小型的分层平衡-不平衡变换器，其传输线长度被减小到λ/4以下，而没有任何特性的改变。

根据本发明的一个方面，上述及其它的目的可以通过提供一种分层平衡-不平衡变换器来实现，该分层平衡-不平衡变换器包括：通过层压多个电介质薄片形成的电介质块、以及在该电介质块的外侧面上形成的多个外部电极，将多个外部电极用于接地、输入/输出不平衡信号、输入/输出第一平衡信号和第二平衡信号、以及非连接(non-connection)，其中，在电介质块内部层压有：第一带状线，其有一端连接到用于输入/输出不平衡信号的外部电极上；第二带状线，其有一端连接到第一带状线的另一端，第二带状线的另一端为开路；第三带状线，将其与第一带状线平行设置，第三带状线的一端连接到用于接地的外部电极上，并且第三带状线的另一端连接到用于输入/输出第一平衡信号的外部电极上；第四带状线，将其与第二带状线平行设置，第四带状线的一端连接到用于接地的外部电极上，并且第四带状线的另一端连接到用于输入/输出第二平衡信号的外部电极上；以及电容形成电极(capacitance forming electrode)，将其与第二带状线的另一开端的一部分平行设置，并且有一端连接到用于输入/输出不平衡信号的外部电极上，用于形成与第一带状线和第二带状线并联的电容。

优选地，当平衡-不平衡变换器的工作频率为fc时，第一带状线至第四带状线的每个均具有小于λ/4(在此，λ为1/fc)的长度。

优选地，第一带状线和第二带状线形成在同一个平面上，以及第三带状线和第四带状线形成在位于第一带状线和第二带状线下面或上面的相同平面上。

优选地，电容形成电极形成在与第二带状线相同的平面上。

优选地，电容形成电极形成在第二带状线的顶部或底部。

优选地，连接到用于接地的外部电极上以形成对外部的电屏蔽的接地电极进一步分别形成在电介质块的最上层和最下层。

优选地，第一带状线至第四带状线具有螺旋或曲折形状。

优选地，第一带状线至第四带状线形成在不同的平面上。在这种情况下，电介质块进一步包括连接到用于接地的外部电极上的接地电极，以在彼此平行的第一带状线和第三带状线以及第二带状线和第四带状线之间形成电屏蔽。

优选地，第一带状线和第二带状线是通过用于非连接的外部电极彼此相连接。在这种情况下，电介质块进一步包括多个导线电极，每个导线电极经由通路孔连接到第一带状线和第二带状线，以将第一带状线和第二带状线连接到用于非连接的外部电极。这时，电容形成电极形成在与导线电极相同的平面上，以便不进一步增加叠层的数目。

附图说明

根据下文结合附图进行的详细描述，本发明的上述以及其它目的、特征、以及其它优点将更为明了，其中：

图1是一般平衡-不平衡变换器的等效电路图；

图2是传统分层平衡-不平衡变换器的形状的立体图；

图3是图2的传统分层平衡-不平衡变换器的内部结构的分解立体图；

图4是根据本发明的平衡-不平衡变换器的等效电路图；

图5是根据本发明的分层平衡-不平衡变换器的形状的立体图；以及

图6是根据本发明的分层平衡-不平衡变换器的内部结构的分解立体图。

具体实施方式

在下文，将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。在描述和附图中，将省略与本发明无关元件的说明以防止使本发明的主题不清楚。

图4是根据本发明的平衡-不平衡变换器的等效电路图。

参照图4，根据本发明的平衡-不平衡变换器包括：不平衡端口41，经由该不平衡端口具有一定频率的不平衡信号被输入/输出；第一带状线45，其有一端连接到不平衡端口41上；第二带状线46，其有一端连接到第一带状线45的另一端，并且另一端为开路；电容器C，将其与第一带状线45和第二带状线46并联设置；第三带状线47，将其排列成与第一带状线45平行，并且有一端接地；第四带状线48，将其排列成与第二带状线46平行，并且有一端接地；以及第一和第二平衡端口42和43，将其分别与第三和第四带状线47和48的另一端相连接，并且与不平衡信号具有相同的频率和量值并且具有与不平衡信号的相位相差180度的相位的平衡信号经由这些端口被输入/输出。

在这里，第一带状线45至第四带状线48实现了比λ/4短的长度，其中输入/输出的平衡或不平衡信号的中心波长为λ。

电容器C与第一带状线和第二带状线45和46并联，从而形成LC共振器。因此，平衡-不平衡变换器的工作频率由该LC共振器的共振频率所确定。在这里，该工作频率与电容器C的电容和由第一带状线至第四带状线45至48所确定的电感L的乘积成反比。也就是说，假设第一带状线至第四带状线45至48的长度被固定，平衡-不平衡变换器的工作频率将随着电容C的变大而变低。当反过来应用时，通过设置电容器C，具有一定工作频率(f＝1/λ)的平衡-不平衡变换器可以通过长度小于λ/4的第一带状线至第四带状线来实现。

因此，如图4所示的本发明的平衡-不平衡变换器，与如图1所示的具有相同工作频率和结构的传统平衡-不平衡变换器相比，可以具有四条减缩了长度的带状线。因此，平衡-不平衡变换器的尺寸可以被进一步缩小。

具有上述等效电路的本发明的分层平衡-不平衡变换器是如图5和图6所示进行实施。

图5是根据本发明的分层平衡-不平衡变换器的形状的立体图。

参照图5，本发明的分层平衡-不平衡变换器50包括矩形六面体电介质块51，其由多个电介质薄片通过LTCC方法层压而形成，以及多个外部电极52至57，其在电介质块51的两个相对侧面上形成，将每个外部电极设定成，用于接地连接、输入/输出不平衡信号、输入/输出平衡信号等等。这样的形状是与传统分层平衡-不平衡变换器相同的。因此，由于本发明的分层平衡-不平衡变换器与传统分层平衡-不平衡变换器具有相同的形状，而没有外部电极数目的增加或排列或结构的改变，因此在分层平衡-不平衡变换器的设计和排列方面使用者是方便的。在本实施例中，外部电极52被设定为非连接，外部电极53和56被设定用来接地，外部电极54和57被设定用于输入/输出平衡信号，以及外部电极55被设定用于输入/输出不平衡信号。

图6是根据本发明的分层平衡-不平衡变换器的内部结构的分解立体图，示出了由如图4所示等效电路所表示的层状结构。

参照图6，对于本发明的分层平衡-不平衡变换器而言，将导电图案按照从该图的顶部到底部的方向顺次印刷在形成电介质块51的多个电介质薄片上。

首先，在其上没有形成导电图案的电介质薄片排列在第一层，也就是最上层，以及第十三层，也就是最下层。

而且，实现图4所示等效电路的导电图案层压在第一层和第十三层之间。

更具体而言，电介质块51包括：第一带状线45，其具有螺旋或曲折形状，有一端连接到用于非连接的外部电极52上，并且另一端连接到用于输入/输出不平衡信号的外部电极55上；第三带状线47，其具有螺旋或曲折形状，与第一带状线45平行形成在第一带状线45的顶部或底部，以及有一端连接到用于接地的外部电极56上，并且另一端连接到用于输入/输出第一平衡信号的外部电极54上；第二带状线46，其具有螺旋或曲折形状，有一端连接到用于非连接的外部电极52上，并且另一端为开路；第四带状线48，其具有螺旋或曲折形状，有一端连接到用于接地的外部电极56上，并且另一端连接到用于输入/输出第二平衡信号的外部电极57上；以及电容形成电极60，将其与第二带状线45的另一开端平行设置，并且有一端连接到用于输入/输出不平衡信号的外部电极55上，从而形成与第一带状线和第二带状线45和46并联的电容。在这种情况下，必须提供用于在两个耦合器之间进行电屏蔽的第二接地电极61b，即，在第一带状线和第三带状线45和47以及第二带状线和第四带状线46和48之间。

另外，第一接地电极和第三接地电极61a和61c进一步被分别设置在电介质块51的顶部和底部。

另外，用于将第一带状线至第四带状线45至48的一端连接到相应的外部电极52至57的多个导线电极62a至62d可以进一步被设置在不同的层。在这种情况下，在导线电极62a至62d与第一带状线至第四带状线45至48之间的电连接可以经由通路孔63a至63d来实现。

如上所述，当将第一带状线至第四带状线45至48设置在不同层时，分层平衡-不平衡变换器的尺寸可以被减到最小。可替换地，第一带状线45可以与第二带状线46在同一个平面上平行形成，而第三带状线和第四带状线47和48可以设置在平行于第一带状线和第二带状线45和46的不同层上。在这种情况下，第二接地电极61b就不需要了。另外，只要第一带状线45是平行于第三带状线47以及第二带状线46是平行于第四带状线48，这些带状线的形状和排布就能够以各种方式加以改变。

另外，电容形成电极60与第二带状线46的另一开端平行而形成，或者可替换地，可以形成在第二带状线46的顶部或底部，或者可以平行形成在与第二带状线46相同的层上。在如图6所示的实施例中，电容形成电极60可以形成在与用于将第二带状线46连接到用于非连接的外部电极52的导线电极62a相同的层上。这样，最优选的是，电容形成电极60以一定方式排列以使分开的工序没有增加或者其尺寸没有增加。

对于如上所述实施的分层平衡-不平衡变换器50，第一和第三带状线45和47以及第二和第四带状线46和48分别作为耦合器。这时，第二接地电极61b在由第一和第三带状线45和47形成的耦合器以及由第二和第四带状线46和48形成的耦合器之间进行电屏蔽，用来防止其间的电磁耦合。另外，第一接地电极61a和第三接地电极61c使得带状线45至48具有固定的阻抗。

另外，电容形成电极60形成一定的电容C，根据电耦合效应，其由面对第二带状线46的电极60的面积(长度)、其间的垂直距离、电介质薄片的介电常数等等所确定。这时，由于将电容形成电极60的一端通过用于非连接的外部电极52连接到第一带状线45，因此电容C并联电连接于第一带状线45和第二带状线46。

因此，形成如图4所示的等效电路以提供LC共振器。另外，由于第三和第四带状线47和48分别与第一和第二带状线45和46耦合，因此分层平衡-不平衡变换器的工作频率由该LC共振器的共振频率所确定。例如，当分层平衡-不平衡变换器的工作频率为fc时，第一至第四带状线45至48的长度比对应于工作频率fc的波长λ(＝1/fc)的1/4短。长度减小的程度与在电容形成电极60与第二带状线46的部分区域之间形成的电容C的大小成比例。

分层平衡-不平衡变换器50的操作如下：例如，当将具有工作频率fc的不平衡信号施加到用于输入/输出不平衡信号的外部电极55时，并联共振通过由带状线45至48组成的电感部件以及由电容形成电极60组成的电容部件而生成，与此同时，耦合在第一带状线45和第三带状线47之间以及第二带状线46和第四带状线48之间生成。因此，具有相同量值和频率以及相位彼此相差180度的平衡信号经由用于输入/输出平衡信号的连接到第三和第四带状线47和48的端部的外部电极54和57被输出。也就是说，对应于平衡-不平衡变换器50的工作频率的不平衡信号被变换成平衡信号，相反，对应于平衡-不平衡变换器50的工作频率的平衡信号被变换成不平衡信号。

如上所述，根据本发明，由于具有工作频率的分层平衡-不平衡变换器被设计成四条带状线的长度短于λ/4，因此分层平衡-不平衡变换器的尺寸可以被进一步缩小。另外，由于需要用来实现LC共振器的电容可以通过形成电容形成电极60来实现，其中电容形成电极在导线电极62a所在层的现有边缘空间具有一定尺寸，以致电极60平行于第二带状线46的另一开端的部分区域，因此不需要单独附加的面积或层。

从上面的描述明显可知，在实施本发明的分层平衡-不平衡变换器时，可以形成一种电容，该电容并联连接于用于实现LC共振器的多条带状线，而没有增加要层压的层的数量或面积。另外，由于与电容的大小成比例，带状线的长度可以被减小到小于λ/4，因此可以获得相应的减缩尺寸效果。因而，获得了实现超小型分层平衡-不平衡变换器的极好效果，其不能用传统的结构和方法获得。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种分层平衡-不平衡变换器，包括通过层压多个电介质薄片而形成的电介质块、以及形成在所述电介质块外侧面上的多个外部电极，将所述多个外部电极用于接地、输入/输出不平衡信号、输入/输出第一平衡信号和第二平衡信号、以及非连接，其中，所述电介质块包括：

第一带状线，其有一端连接到用于输入/输出所述不平衡信号的所述外部电极；

第二带状线，其有一端连接到所述第一带状线的另一端，所述第二带状线的另一端为开路；

第三带状线，将其与所述第一带状线平行设置，所述第三带状线的一端被连接到用于接地的所述外部电极，并且所述第三带状线的另一端连被接到用于输入/输出所述第一平衡信号的所述外部电极；

第四带状线，将其与所述第二带状线平行设置，所述第四带状线的一端被连接到用于接地的所述外部电极，并且所述第四带状线的另一端被连接到用于输入/输出所述第二平衡信号的所述外部电极；以及

电容形成电极，将其与所述第二带状线的另一开端的一部分平行设置，并且有一端被连接到用于输入/输出所述不平衡信号的所述外部电极，用于形成与所述第一带状线和所述第二带状线并联的电容。

2.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，当所述平衡-不平衡变换器的工作频率为fc时，所述第一带状线至所述第四带状线的每个均具有小于λ/4的长度，在此，λ为1/fc。

3.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述第一带状线和所述第二带状线在相同平面上形成，以及所述第三带状线和所述第四带状线形成在位于所述第一带状线和所述第二带状线下面或者上面的相同平面上。

4.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述电容形成电极和所述第二带状线形成在相同平面上。

5.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述电容形成电极形成在所述第二带状线的顶部或底部。

6.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，连接到用于接地的所述外部电极以在所述第一带状线至所述第四带状线中保持一致的阻抗特性的接地电极分别形成在所述电介质块的最上层和最下层。

7.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述第一带状线至所述第四带状线的每个均具有螺旋或曲折形状。

8.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述第一带状线至所述第四带状线形成在不同的平面上。

9.根据权利要求8所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述电介质块进一步包括接地电极，将所述接地电极连接到用于接地的所述外部电极，用于在彼此平行的所述第一带状线和所述第三带状线以及所述第二带状线和所述第四带状线之间形成电屏蔽。

10.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述电介质块进一步包括多个导线电极，将所述多个导线电极分别连接到所述外部电极并形成在与在其上形成所述第一带状线至所述第四带状线的层不同的层上；以及通路孔，将其电连接到对应于所述多个导线电极的所述第一带状线至所述第四带状线，并且将所述第一带状线至所述第四带状线通过所述多个导线电极连接到相应的外部电极。

11.根据权利要求10所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述电容形成电极和连接到所述第二带状线的所述导线电极形成在相同平面上。

12.一种分层平衡-不平衡变换器，包括通过层压多个电介质薄片形成的电介质块，以及形成在所述电介质块外侧面上的多个外部电极，所述多个外部电极用于接地、输入/输出不平衡信号、输入/输出第一平衡信号和第二平衡信号、以及非连接，其中，所述电介质块包括：

第一接地电极，其具有矩形形状并且被连接到用于接地的所述外部电极；

第一导线电极，其具有与用于非连接的所述外部电极连接的一端，以及另一端，在所述另一端形成用于与下层电连接的通路孔；

第一带状线，其有一端连接到所述第一导线电极的所述通路孔，以及另一端连接到用于输入/输出所述不平衡信号的所述外部电极；

第三带状线，将其与所述第一带状线平行设置，并有一端连接到用于接地的所述外部电极，以及另一端，在所述另一端形成连接到下层的通路孔；

第二导线电极，其有一端连接到所述第三带状线的所述通路孔，以及另一端连接到用于输入/输出所述平衡信号的所述外部电极，以将所述第三带状线电连接到用于输入/输出所述平衡信号的所述外部电极；

第二接地电极，其具有矩形导电图案，形成在所述第二导线电极的下面，并且连接到用于接地的所述外部电极；

第三导线电极，其形成在所述第二接地电极的下面，并具有一端，在所述端形成连接到下层的通路孔，以及另一端连接到用于非连接的所述外部电极；

电容形成电极，其有在与所述第三导线电极相同层上形成的预定长度，并且有一端连接到用于输入/输出所述不平衡信号的所述外部电极，以及另一端为开路；

第二带状线，其形成在所述第三导线电极和所述电容形成电极的下面，以及在一端形成有通路孔，并且另一端为开路，将所述另一开端的部分区域与所述电容形成电极平行设置；

第四带状线，其形成在所述第二带状线的下面，以及在一端形成有连接到下层的通路孔，并且另一端连接到用于接地的所述外部电极，将所述另一端与所述第二带状线平行设置；

第四导线电极，其有一端连接到所述第四带状线的所述通路孔，以及另一端连接到用于输入/输出所述平衡信号的所述外部电极；以及

第三接地电极，其具有形成在所述第四导线电极的下面并且连接到用于接地的所述外部电极的矩形形状。

13.根据权利要求12所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，当所述平衡-不平衡变换器的工作频率为fc时，所述第一带状线至所述第四带状线的每个均具有小于λ/4的长度，在此，λ为1/fc。

14.根据权利要求12所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述第一带状线至所述第四带状线的每个均具有螺旋或曲折形状。

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