CN205049639U - 一种定向电桥电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定向电桥电路，包括信号源模块、电阻R1、电阻R2、电阻R3、被测件Rx，巴伦或共模电感T1和混频器，信号源模块包括单端信号源VS和内阻Rs，所述电阻Rs一端连接单端信号源VS，电阻Rs另一端分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端分别连接定向电桥的桥臂电阻R3和巴伦或共模电感T1引脚2，巴伦或共模电感T1引脚1分别连接电阻R2另一端和被测组件Rx，巴伦或共模电感T1引脚3分别连接负载RL和混频器的RFIN-脚，巴伦或共模电感T1引脚4分别连接负载RL另一端和混频器RFIN+脚。本实用新型定向电桥电路对巴伦的要求大大的降低了，体积也减小了，频率范围低端可以降低到非常低的频率，而高端频率响应也大大的提高了，同时成本也降低了。

Description

一种定向电桥电路

技术领域

本实用新型涉及一种电桥电路，具体是一种定向电桥电路。

背景技术

定向电桥是射频微波测量领域的关键电路，比如矢量网络分析仪就可能采用定向电桥电路，因此改善定向电桥的性能就成为提高矢量网络分析仪性能的关键技术之一。

现有电路1：图1是一般的定向电桥的原理示意图。R1，R2，R3，Rx，都是电桥臂电阻，其中Rx是待测件，Rs是信号源电阻，RL是输出的负载电阻。对于一般系统而言，R1=R2=R3=Rs=RL，例如50欧姆系统，通常R1=R2=R3=Rs=RL=50欧。

传统的的定向电桥（如图2），一般都是采用这样一种电路：单端的信号输入电桥，电桥输出一个差分信号，然后再采用一个巴伦（balun）将差分信号转换为单端信号。

缺点：1.由于巴伦通常采用磁芯，所以频率很低时，其性能急剧恶化，频率很高时也受巴伦的性能限制，巴伦本身的平衡度要求也比较高。所以目前改善电路性能的方法主要集中在改进巴伦的性能；2.巴伦的体积尺寸比较大。为了兼顾低频，巴伦的尺寸一般都比较大，为兼顾频率高端，制作要求也比很高；3.一般来说，射频信号需要通过混频器变换为中频信号进行处理，而一般性能较好的混频器均为差分输入的，因此需要用巴伦再次将单端信号变化为差分信号，电路的体积和复杂度很高。

现有电路2：由于射频信号一般需要采用混频器（乘法器）转换为中频信号进行处理，而混频器一般是差分输入的，因此有人将电桥的差分信号直接输入到射频输入阻抗较高的混频器的差分输入端口（如图3所示）。这样一来，大幅度的简化了电路结构，省去了巴伦，而且在频率很低时仍能够正常使用。这种电路有一个很关键的要求，就是混频器的输入阻抗必须比较高。

缺点：这种电路有一个问题：定向电桥的输出负载应该是一个理想的差分阻抗，负载两端对地阻抗应该是无限大（即负载应该是浮空的），但是混频器（乘法器）实际的输入端对地阻抗是有限的（如图4所示）。特别是随着频率的升高，其对地阻抗也随之明显下降。这样一来，电桥的下面两个臂的实际阻抗将会是桥臂本身的电阻并联上混频器的输入阻抗。以图4为例，桥臂R3的阻抗实际是R3//Rin2，桥臂Rx的阻抗实际是Rx//Rin1。这样一来，电桥的实际等效电路与理想电路就有明显的差异了，当混频器的输入阻抗降低到一定程度时，就会严重影响测量精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种定向电桥电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种定向电桥电路，包括信号源模块、电阻R1、电阻R2、电阻R3、被测件Rx，巴伦或共模电感和混频器，信号源模块包括单端信号源VS和内阻Rs，所述电阻Rs一端连接单端信号源VS，电阻Rs另一端分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端分别连接定向电桥的桥臂电阻R3和巴伦或共模电感T1引脚2，巴伦或共模电感T1引脚1分别连接电阻R2另一端和被测组件Rx，巴伦或共模电感T1引脚3分别连接负载RL和混频器的RFIN-脚，巴伦或共模电感T1引脚4分别连接负载RL另一端和混频器RFIN+脚。

作为本实用新型进一步的方案：所述巴伦或共模电感T1包括磁芯双线对称式巴伦和磁感应式巴伦共模电感。

作为本实用新型再进一步的方案：所述混频器包括模拟乘法器、解调器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型定向电桥电路对巴伦的要求大大的降低了，体积也减小了，频率范围低端可以降低到非常低的频率，而高端频率响应也大大的提高了，同时成本也降低了。

附图说明

图1是定向电桥的原理示意图；

图2是传统的的定向电桥电路图；

图3是现有的一种电桥电路图；

图4是现有的一种定向电桥的输入阻抗不理想性的示意图；

图5是本实用新型电路原理图；

图6是本实用新型的另一种实施例；

图7是本实用新型的另一种实施例。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图5，本实用新型实施例中，一种定向电桥电路，包括信号源模块、电阻R1、电阻R2、电阻R3、被测件Rx，巴伦或共模电感和混频器，信号源模块包括单端信号源VS和内阻Rs，所述电阻Rs一端连接单端信号源VS，电阻Rs另一端分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端分别连接定向电桥的桥臂电阻R3和巴伦或共模电感T1引脚2，巴伦或共模电感T1引脚1分别连接电阻R2另一端和被测组件Rx，巴伦或共模电感T1引脚3分别连接负载RL和混频器的RFIN-脚，巴伦或共模电感T1引脚4分别连接负载RL另一端和混频器RFIN+脚。

所述巴伦或共模电感T1包括磁芯双线对称式巴伦和磁感应式巴伦共模电感。

所述混频器包括模拟乘法器、解调器。

本实用新型的工作原理是：如图5所示：在电桥的差分输出端加入一个射频共模电感，或者一个与共模电感结构类似的巴伦（比如磁芯双线对称式巴伦），然后再输出到混频器的输入端。

为便于理解，我们共模电感为例，对电路进行进行分析。

众所周知，共模电感的作用是抑制共模信号，通过差模信号，理想的共模电感其共模阻抗应该为无限大，实际的共模电感的共模阻抗不是无限大，但其共模阻抗仍是比较大的，而且随频率增加，共模阻抗会随之升高。

我们假定使用的巴伦或共模电感的共模阻抗为Rcom，一般来说Rcom>>R（R为电桥的桥臂电阻，R1=R2=R3=R），从电桥一侧来分析，桥臂R3的实际阻抗为R3//Rcom≈R3。这样一来，从对电桥的差分输出来说，其输出负载的共模阻抗被大大的增加了（特别是在高频时）。这样一来，电桥实际等效电路会更接近理想电路，那么测量的精度就明显的改善了。

磁芯双线对称式巴伦的结构与射频共模电感完全相同，因此使用磁芯共模电感的电路原理也与上述电路原理的分析完全相同。

为进一步说明，下面再说明使用磁感应巴伦的电路原理。

图6是本实用新型的一种变形应用，巴伦使用磁感应式巴伦。磁感应式巴伦实际结构与变压器类似，输入与输出（相当于初级与次级）完全通过磁耦合来实现信号耦合。电路原理图因此从电桥一侧看，混频器的对地电阻完全被转换为了差分阻抗，且对地浮空，即对地电阻无限大。当然这种电路在频率低端受磁感应的限制，因此频率低端比采用磁芯双线对称式巴伦的电路差一些。

本电路适用范围包括但不限于：矢量网络分析仪，矢量阻抗分析仪，天线分析仪等。

图7是本实用新型的一种变形应用，采用差分输出的信号源，其输出接共模电感结构类似的巴伦，或者一个共模电感，这样信号源变成了对地浮空的差分信号源，电桥输出就直接是单端信号。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种定向电桥电路，包括信号源模块、电阻R1、电阻R2、电阻R3、被测件Rx，巴伦或共模电感和混频器，信号源模块包括单端信号源VS和内阻Rs，其特征在于，所述电阻Rs一端连接单端信号源VS，电阻Rs另一端分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端分别连接定向电桥的桥臂电阻R3和巴伦或共模电感T1引脚2，巴伦或共模电感T1引脚1分别连接电阻R2另一端和被测组件Rx，巴伦或共模电感T1引脚3分别连接负载RL和混频器的RFIN-脚，巴伦或共模电感T1引脚4分别连接负载RL另一端和混频器RFIN+脚。

2.根据权利要求1所述的定向电桥电路，其特征在于，所述巴伦或共模电感T1包括磁芯双线对称式巴伦和磁感应式巴伦共模电感。

3.根据权利要求1所述的定向电桥电路，其特征在于，所述混频器包括模拟乘法器、解调器。