EP1218962A1 - Symmetrierglied - Google Patents

Symmetrierglied

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EP1218962A1
EP1218962A1 EP00960914A EP00960914A EP1218962A1 EP 1218962 A1 EP1218962 A1 EP 1218962A1 EP 00960914 A EP00960914 A EP 00960914A EP 00960914 A EP00960914 A EP 00960914A EP 1218962 A1 EP1218962 A1 EP 1218962A1
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EP
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line
lines
balun
gate
ground
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EP00960914A
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Stefan Kern
Gregor Gerhard
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Telent GmbH
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Marconi Communications GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices

Definitions

  • the present invention relates to a balun consisting of planar lines coupled to one another, one end of a first line running between a second and a third line serving as an unbalanced signal input and the other end of this first line being connected to ground and one end of the other both lines form a symmetrical signal input.
  • Transmission lines One speaks of a symmetrical line if the signal transmitted over it does not have the ground as reference potential. In contrast, an asymmetrical transmission line is contacted on one side with ground, so that a signal transmitted over it
  • Symmetry members of this type are e.g. at the entrances and exits of
  • Double-balanced mixers or amplifiers or modulators etc. are used.
  • a balun consisting of three coupled planar lines is known, for example, from J. Villemazet, J. Dubouloy, M. Soulard, J. Cayrou, E. Husse, B. Cogo, J. Cazaux: New Compact Double Balanced Monolithic Down-Converter Application to a Single Chip MMIC Receiver for Sattelite Equipment, IEEE MTT-S Digest , 1998, pages 853-856.
  • At one end of the middle of the three lines there is an asymmetrical gate. The other end of the middle line is connected to ground.
  • Vias must be provided that take up a relatively large amount of space on the substrate. So that the inputs of the balun for DC voltage are not short-circuited to ground, capacitances would have to be inserted at all inputs for DC voltage decoupling.
  • the invention has for its object to provide a balun of the type mentioned, in which a DC voltage decoupling is realized with the simplest possible means.
  • the capacitive coupling of the line ends can be realized in a very simple manner either by connecting the ends of the second and third lines to line sections which run next to one another over a predeterminable length or by the ends the second and third lines are connected to one another via one or more capacitors. It is advisable to connect a capacitance in series with the third line. This capacitance improves the symmetry between the symmetrical gates. It is used to adjust the phase difference to 180 °.
  • FIG. 1 shows a balun in which two lines are capacitively coupled to one another by parallel routing
  • FIG. 2 shows a balun, wherein two lines are coupled to one another via concentrated capacitances.
  • the balun shown in Figure 1 consists of three side by side and coupled with it planar lines 1, 2 and 3.
  • the coupling length of these three lines corresponds to approximately a quarter of the average operating wavelength of the balun.
  • the first line 1, which runs between the other two lines 2 and 3, is connected to ground at one end.
  • a via 4 to the ground surface on the underside of the substrate is provided in the substrate on which the lines are applied.
  • the opposite end of this first line 1 forms an asymmetrical gate 5.
  • the end of the second line 2 adjacent to this asymmetrical gate 5 is a first gate for symmetrical signals and the second gate 7 for symmetrical signals is located at the end of the third line 3, the the ground connection of the first line 1 is adjacent.
  • the connection between the ground-contacted end of the first line 1 to the via 4 is made via an air bridge 8, which crosses the end of the third line 3 without contact.
  • the ends of the second line 2 and the third line 3 opposite the gates 6 and 7 are each connected to a line section 9, 10.
  • the line sections 9 and 10, which start at opposite ends of the two lines 2 and 3, are led back to the center of the balancing member in a space-saving manner and run alongside one another over a predetermined length, with the three lines 1, 2, 3 being provided via air bridges 11 and 12 cross contact-free.
  • the coupling length of the two line sections 9 and 10 is selected so that a desired capacitive coupling between the ends of the two lines 2 and 3 is created. This capacitive coupling of the two lines 2 and 3 causes the balun to be DC decoupled.
  • a capacitance C1 is in series with the third line 3 in the area of the gate 7 connected. This capacitance C1 improves the symmetry between the symmetrical gates 6 and 7. It is used to adjust the phase difference between the two gates 6 and 7 to 180 °.
  • FIG. 2 shows a balun, which in principle has the same structure as the balun in FIG. 1 and therefore also has the same reference numerals.
  • the exemplary embodiments of a balun shown in FIGS. 1 and 2 differ in the type of capacitive coupling between the ends of the two lines 2 and 3. While according to the exemplary embodiment in FIG. 1, the capacitive coupling takes place by a line coupling between line sections 9 and 10, 2, the two line sections 9 and 10 are connected to one another via two capacitors C2 and C3 designed as concentrated components.
  • the two capacitors C2 and C3 connected to the ends of the line sections 9 and 10, which are arranged on both sides of the coupled lines 1, 2 and 3, are via an air bridge 13 which crosses the three lines 1, 2 and 3 without contact. connected with each other. Instead of two capacitors, only one capacitor can be inserted between line sections 9 and 10.

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Abstract

Das Symmetrierglied besteht aus drei miteinander gekoppelten planaren Leitungen (1, 2, 3). Ein Ende einer ersten (1), zwischen der zweiten (2) und der dritten (3) verlaufenden Leitung dient als unsymmetrisches Tor (5). Das andere Ende dieser ersten Leitung (1) ist mit Masse (4) kontaktiert, und jeweils ein Ende der anderen beiden Leitungen (2, 3) bildet ein symmetrisches Tor (6, 7). Damit das Symmetrierglied gleichspannungs-entkoppelt ist, sind von der zweiten (2) und der dritten (3) Leitung die nicht als Tore dienenden Enden kapazitiv miteinander gekoppelt.

Description

Symmetrierglied
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Symmetrierglied, bestehend aus miteinander gekoppelten planaren Leitungen, wobei ein Ende einer ersten, zwischen einer zweiten und einer dritten Leitung verlaufenden Leitung als unsymmetrischer Signaleingang dient und das andere Ende dieser ersten Leitung mit Masse kontaktiert ist und jeweils ein Ende der anderen beiden Leitungen einen symmetrischen Signaleingang bildet.
Symmetrierglieder stellen ιr. bekannter Weise Übergänge zwischen symmetrischen und unsymmetrischen
Übertragungsleitungen her. Von einer symmetrischen Leitung spricht man, wenn das darüber übertragene Signal als Bezugspotential nicht die Masse hat. Dagegen ist eine unsymmetrische Übertragungslεitung einseitig mit Masse kontaktiert, so daß ein darüber übertragenes Signal die
Masse als Bezugspotential hat. Symmetrierglieder dieser Art werden z.B. an den Ein- und Ausgängen von
Doppelgegentaktmischern oder Verstärkern oder Modulatoren etc. eingesetzt. Ein aus drei gekoppelten planaren Leitungen bestehendes Symmetrierglied st bekannt z.B. aus J. Villemazet, J. Dubouloy, M. Soulard, J. Cayrou, E. Husse, B. Cogo, J. Cazaux: New Compact Double Balanced Monolithic Down-Converter Application to a Single Chip MMIC Receiver for Sattelite Equipment, IEEE MTT-S Digest, 1998, Seite 853- 856. An einem Ende der mittleren der drei Leitungen befindet sich ein unsymmetrisches Tor. Das andere Ende der mittleren Leitung ist mit Masse verbunden. Das neben diesem mit Masse kontaktierten Leitungsende liegende Ende einer der beiden äußeren Leitungen ist ebenfalls mit Masse kontaktiert, und dessen anderes Ende bildet ein symmetrisches Tor. Von der anderen außenliegenden Leitung ist ebenfalls ein Ende mit Masse kontaktiert, und das andere Ende bildet ein zweites symmetrisches Tor. Bei diesem bekannten Symmetrierglied sind drei Leitungsenden mit Masse zu kontaktieren, wozu auf einem die Leitungen tragenden Substrat mehrere
Durchkontaktierungen vorgesehen werden müssen, die relativ viel Platz auf dem Substrat in Anspruch nehmen. Damit die Eingänge des Symmetriergliedes für Gleichspannung nicht gegen Masse kurzgeschlossen sind, müßten an allen Eingängen zur Gleichspannungs-Entkopplung Kapazitäten eingefügt werden .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Symmetrierglied der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem mit möglichst einfachen Mitteln eine Gleichspannungs- Entkopplung realisiert ist.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß von den drei miteinander gekoppelten planaren Leitungen ein Ende einer ersten, zwischen einer zweiten und einer dritten Leitung verlaufenden Leitung als unsymmetrisches Tor dient und das andere Ende dieser ersten Leitung mit Masse kontaktiert ist und jeweils ein Ende der anderen Leitungen ein symmetrisches Tor bildet. Die Gleichspannungsentkopplung wird dadurch realisiert, daß von der zweiten und dritten Leitung die nicht als Tore dienenden Enden kapazitiv miteinander gekoppelt sind.
Wie den Unteransprüchen zu entnehmen ist, kann die kapazitive Kopplung der Leitungsenden auf sehr einfache Art und Weise entweder dadurch realisiert werden, daß die Enden der zweiten und dritten Leitung mit Leitungsabschnitten verbunden sind, welche über eine vorgebbare Länge nebeneinander verlaufen oder dadurch, daß die Enden der zweiten und dritten Leitung über ein oder mehrere Kondensatoren miteinander verbunden sind. Es ist zweckmäßig, mit der dritten Leitung eine Kapazität in Serie zu schalten. Diese Kapazität verbessert die Symmetrie zwischen den symmetrischen Toren. Sie dient zum Abgleich der Phasendifferenz auf 180°.
Zeichnung
Die Erfindung wird nun anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Symmetrierglied, bei dem zwei Leitungen durch Parallelführung miteinander kapazitiv gekoppelt sind und Figur 2 ein Symmetrierglied, wobei zwei Leitungen über konzentrierte Kapazitäten miteinander gekoppelt sind .
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Das in der Figur 1 dargestellte Symmetrierglied besteht aus drei nebeneinander verlaufenden und damit gekoppelten planaren Leitungen 1, 2 und 3. Die Koppellänge dieser drei Leitungen entspricht etwa einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge des Symmetriergliedes. Die erste Leitung 1, die zwischen den beiden anderen Leitungen 2 und 3 verläuft, ist an einem Ende mit Masse kontaktiert. Dazu ist in dem Substrat, auf dem die Leitungen aufgebracht sind, eine Durchkontaktierung 4 zu der Massefläche auf der Unterseite des Substrats vorgesehen. Das gegenüberliegende Ende dieser ersten Leitung 1 bildet ein unsymmetrisches Tor 5. Das diesem unsymmetrischen Tor 5 benachbarte Ende der zweiten Leitung 2 ist ein erstes Tor für symmetrische Signale und das zweite Tor 7 für symmetrische Signale befindet sich an dem Ende der dritten Leitung 3, das dem Masseanschluß der ersten Leitung 1 benachbart ist.
Die Verbindung zwischen dem massekontaktierten Ende der ersten Leitung 1 zu der Durchkontaktierung 4 erfolgt über eine Luftbrücke 8, welche das Ende der dritten Leitung 3 berührungslos überkreuzt. Die den Toren 6 und 7 gegenüberliegenden Enden der zweiten Leitung 2 und der dritten Leitung 3 sind jeweils mit einem Leitungsabschnitt 9, 10 verbunden. Die Leitungsabschnitte 9 und 10, die an einander gegenüberliegenden Enden der beiden Leitungen 2 und 3 ansetzen, sind platzsparend zur Mitte des Symmetriergliedes zurückgeführt, und verlaufen über eine vorgegebene Länge nebeneinander, wobei sie über Luftbrücken 11 und 12 die drei Leitungen 1, 2, 3 kontaktfrei überqueren. Die Koppellänge der beiden Leitungsabschnitte 9 und 10 ist so gewählt, daß eine gewünschte kapazitive Kopplung zwischen den Enden der beiden Leitungen 2 und 3 entsteht. Diese kapazitive Kopplung der beiden Leitungen 2 und 3 bewirkt, daß das Symmetrierglied gleichspannungs -entkoppelt ist.
Wie in der Figur 1 dargestellt, ist zu der dritten Leitung 3, im Bereich des Tores 7, eine Kapazität Cl in Reihe geschaltet. Diese Kapazität Cl verbessert die Symmetrie zwischen den symmetrischen Toren 6 und 7. Sie dient zum Abgleich der Phasendifferenz zwischen den beiden Toren 6 und 7 auf 180°.
In der Figur 2 ist ein Symmetrierglied dargestellt, das im Prinzip den gleichen Aufbau hat wie das Symmetrierglied der Figur 1 und deshalb auch die gleichen Bezugszeichen aufweist. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele eines Symmetriergliedes unterscheiden sich durch die Art der kapazitiven Kopplung zwischen den Enden der beiden Leitungen 2 und 3. Während gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 die kapazitive Kopplung durch eine Leitungskopplung zwischen den Leitungsabschnitten 9 und 10 erfolgt, sind beim Symmetrierglied gemäß der Figur 2 die beiden Leitungsabschnitte 9 und 10 über zwei als konzentrierte Bauelemente ausgeführte Kondensatoren C2 und C3 miteinander verbunden. Die beiden an den Enden der Leitungsabschnitte 9 und 10 angeschlossenen Kondensatoren C2 und C3 , welche zu beiden Seiten der miteinander gekoppelten Leitungen 1, 2 und 3 angeordnet sind, sind über eine Luftbrücke 13, welche die drei Leitungen 1, 2 und 3 kontaktfrei überquert, miteinander verbunden. Anstatt zwei Kondensatoren kann auch nur ein Kondensator zwischen den Leitungsabschnitten 9 und 10 eingefügt sein.

Claims

Ansprüche
1. Symmetrierglied, bestehend aus miteinander gekoppelten planaren Leitungen (1, 2, 3), wobei ein Ende einer ersten (1), zwischen einer zweiten (2) und einer dritten (3) Leitung verlaufenden Leitung als unsymmetrisches Tor (5) dient und das andere Ende dieser ersten Leitung (1) mit Masse (4) kontaktiert ist und jeweils ein Ende der ersten beiden Leitungen (2, 3) ein symmetrisches Tor (6, 7) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten (2) und dritten (3) Leitung die nicht als Tore dienenden Enden kapazitiv miteinander gekoppelt sind.
2. Symmetrierglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur kapazitiven Kopplung die Enden der zweiten (2) und dritten (3) Leitung mit Leitungsabschnitten (9, 10) verbunden sind, welche über eine vorgegebene Länge nebeneinander verlaufen.
3. Symmetrierglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur kapazitiven Kopplung die Enden der zweiten (2) und dritten (3) Leitung über ein oder mehrere Kondensatoren (C2, C3) miteinander verbunden sind.
4. Symmetrierglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der dritten (3) Leitung eine Kapazität (CD in Serie geschaltet ist .
5. Symmetrierglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei miteinander gekoppelten Leitungen (1, 2, 3) eine Koppellänge von etwa einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge des Symmetriergliedes aufweisen.
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