TW445707B - Lumped constant compensated high/low pass balanced-to-unbalanced transition - Google Patents

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”445707 A7 B7 五、發明説明（1 ) 1 產業上應用领域 本發明主要是提供一個簡易、可實施的平面電路紬構， 以應用於單晶紙波積撤電路中射頻元件，調制/解綱制器等 5 等之·電路設_汁。 背景説明 N.Marchand 於1944 年Electronics 第 17卷第 142 頁 10 雜導’―種功能上類似钯餐器可提供一對具備相位相反、 振幅相同的信號，以及同時可轉換阻抗，所謂平衡至不平 衡轉換器(balance line to unbalance line transition ，Baiun)。其後S* A.Maas 於 1992 年Microwave mixers第 2版報導平衡至不平衡轉換器（balun)可廉泛地應用於现 15 波器、相位檢測器、調變器、解調變器，而且K.Til ley等 人於1994 年Electronics Lett.第30 卷第3 期第 176-177 頁朝L導*可應用於推晚式放大_器及_天線馈送等電路之設计 Ο 20 早期的平衡至不乎#f轉換器（balun)係以同轴線爲主 ，用一或多段四分之一波長的傳輸泉合成。，經數十年的演 進，各種平衡至不平衡轉換器（baltm)的種類之形式繁雜 ，可歸納爲五類； 24 —、搞合線形式，係C.Y.Ho 於1985 年Microwave & 3 本紙承尺度適用中國國家標準（CNS> M規格2丨〇χ297公釐） IΓ I-Γ Q —— (請先閔讀背面之送意事項再填寫本頁) 訂 -cr. 經濟部中央標準局員工消費合作钍印製 445707 五、發明説明（2 ) 1 RF.，第99-102蒐及其他研究者多次報導。 二、馬欽德（Marchand)形式，係J.H.Cloete 在 1979 年第 9 届European Microwave Conf. Proc.，第 480 寅以 反其他研究者多次：#民導。 5 三、雙 Y 接面（Double Y junction)形式，係 V*

Trifunovic 等人在 1991 年 Electronics Lett.,第 27 卷第10期第813-815頁報導。 四、主動形式》係J. Staudinger等人在1993年9月 Microwave Journal 第 119-126 英報導 〇 10 五、集總无件180度进·成電路（Lumped element 180。 hybrid)或集總塑高/低通平衡至不平衡轉換器（lumped type high/low pass balun) •係 J. A. Eisenberg 等人 在 1992 年9 月 Microwave Journal 第 123-131 瓦報導0 前三類平衡至不平衡轉換器（balun)仍以分佈式傳輸線來 15 設计’常爲非平面结構，且在較低微波频段（如2.0 GHz 以下）’此類平衡至不平衡轉換器（balun)的尺寸變得很 巨欠，不通合單晶微波積體電路（剛IC)的電路設计。而 JL主動形式的平衡至不平衡轉換器（balun )則對於安定 _性（stabi 1 ity )、互相調制（inter'modulation)及限抗 20 轉換（impedernce match)仍有雄多問題尚待克服。第五 類的平衡至不平衡轉換器（baluri )則將180。迅成電路 (hybrid)以集總元件（iumpecj elements)取代四分.之一 波長的傳輸線，此類乎衡至不平衡轉換器（baltm )在跟 24 中〜頻率愈遠其相位誤差（phase error)将愈大。而集總 4 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） r X-I-- r (诸先閱讀背面之注$項再填寫本頁) r ,τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 經濟部中央橾準局員工消費合作社印裝 4457 〇7 五、發明説明（弓 1 高/低3平至不平ίίϊ'相f·換器（lumped type h igh/1 ow pass balun)則利用高通低通滅波器以類似雙工器（ diplexer)的原理設计，在相位與振幅平衡上無法同時滿 足。 5 皙知故術 由於平衡至不平衡轉換器（balun)觉路可庚泛的應用 於徵波電路，天線領域。在微波頻段係具有類似低頻電路 10 中變壓器（transformer)之功用，惟其電路很難用平面電 路的形態製作。逋常利用雙面的傳輸線或Hwann - Kaeo

Chiou 等人在 1995 年 11 月 Electronics Lett.第31 卷 第24期第2113-2114 K及其他研究者多次報導有關於（ coax/cpw/s lot/cps) 線之間的轉換*而这些轉換無可避 15 免地需要四分之一波長線’使得乎衡至不乎衡轉換器（ ____________...... balun )線路常爲一巨欠，雙面甚或立赌的紬構，其模型 _ .Λ--—-—·· -.·— -V. , 、* 特性不易模搬，故在設计上均呼.鮮.學舞考剪整，，以上的缺 點均使平衡至不平衡轉換器（balun)應用於單晶微波绩賴 電路（MMIC)上造成極大的困難，應用於單晶微波積體電路 2〇 (剛1C)中徵波平衡至不平衡轉換器之設奸（micr〇wave balun design)常用 180 魔術T 電路（magic T circuits) 或主動式平衡至不平衡轉換器（active balun)，後者雖 然具備小面積之優勘，惟仍然存在有許多缺點如窄頻，需 24 要直虎偏壓（D.C. bias)、阻抗準位（impe<jance ievej) 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (諳先閲讀背面之：¾意事項再填寫本頁)

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4 45 7 〇T Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) ~ 1 不同’及其對雜紙指數（noise figure)的彩资等均無法 完全掌握。 所以尋求一個小面積、平面化、設纤簡易並可以紬合 5 現有電腦輔助設计（CAD)模撇軟體的平衡至不平衡轉換器 (balun)紬構，此方式對於微波積赌電路（MiC)、單晶槪 政積體電路（MMIC)電路設计上極爲重要。 v 本發明之電路結構是取代巨大、非平面式的分佈常数 10 (distributed constant)平衡"至不乎衡轉換器（balun)或 取代傳統變歷器，使选波器等微波電路鼓计可以全集總元 件製作，此於無線邋信領域用單晶微波積趙電路（MM 1C)的 設計·上尤爲重要。 15 發明目的 本發明主要目的係採l出一個簡易的方法，使得乎衡至 不乎衡轉換器（balun)可運用一些集總 (lumped)元件來 合成，並将其應用於單晶微政積體電路（MMIC)、歡波绩嫂 20 電路（MIC)之電路設计。 本發明另一目的係提出一個電路以取代巨欠、非平面 式的分佈常數（d istr ibuted constant)乎術至不平衡轉換 24 器（balun)或取代傳i统變壓器’導致现皮器等歡波電路設 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 _ B7 __五、發明説明（5 ) 1 计可依照全集總元件加以製作》此於無線通信领域用單晶 微故積趙電路（MMIC)的設计上尤爲重要。 本發明的基本原理是利用兩組集總當数高邋與低通滤 5 波器合成微波平衡至不平衡轉換器（balun)。由其中一對 爲高逋與低通_遽波器合成傳統的高/低邋平衡至不平衡轉 換器（high/low pass balun)，再利用男夕] 對高/低通 減波器分別並接於低/高通減故器的兩輸出端•此補償式 高低通據波器结裤即可得到寬頻振幅平衡（amplitude 10 balance)與180°相位差的平衡端輸出。適當的選揮其特 性阻抗’即可決定平衡至不平衡轉換器（balun)的阻抗轉 捧率。 豳武説明 15 (諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 20 24 圖一平衡至不乎衡轉換器（balun)之示意圖8.. .平衡至不平衡轉換器阻抗（Baiun乙t) 9.. .不平衡^端阻抗（RS) 10.. .平衡端阻抗（RL) 11.. .不平衡傳輸線（Unbalanced line) 12.. .乎衡傳輪線（Balanced line) (Zt2 =RSxRL)乎衡至不平衡轉換器阻抗值與 不平衡/平衡阻抗之數學關係 7 本纸珉尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 — A7 4457 〇7 B7 五、發明説明（6 ) 1 圖二高/低邋乎衡至不年術轉換器（high/low pass filter balun)示意圖 1.. 高通濾波器（High pass filter) 2.·低通滤波器（Low pass filter) 5 3··高 /低通滤波器（High Low pass filter) 4. .RL 平衡端阻抗（RL· balanced impedance) % 5. .Rs 不乎衡端IUL抗 CRs unbalanced impedance) 躕三捕償式高/低通平衡至不平衡轉換器（compensated high/low pass balun) 10 6.·高通補償減波器（compenasted High pass f ΐIter) 7.. 低通捕償減皮器(compenasted Low pass filter) 圖四 7T型及T型集總常数低通滤波器 15 (a) π:塑集總常数低通減波器原型 (b) T型集總常數低通滤波器原型 13.· 7T裂低通滤政器基本單无（Pitype basic section LPF) 14.. T型低通遽波器基本單无（T type basic 20 section of LPF) 圖五 ？r型及T型集總常数高通濾波器 (a) ττ型集總常數髙通濾波器原型 (b) T塑集總常數高通減波器原型 24 15. . π型高邋據波器基本單无（Pitype basic 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210x297公潑） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂 445707 A7 B7 五、發明説明（7 1 5 section of HPF) 16..T塑高通滤波器基本單元（T type basic section of HPF) 廟六 Tz：塑及T 型準傅輸線（quasi-transmission line) 轉換集總常數低逋濾波器之示意圖 10 17.. jZosin(0)19.. jY〇tan(e/2) 21.. C/2=jB/223.. jZ〇tan(0/2) 25.. jY〇sin(0) 27.. L/2=jX/2

18.. jY〇tan(0/2)20.. L=jX 22·· C/2=jB/224.. jZ〇tan(0/2) 26.. L/2=jX/2 28.. c=jB (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖七 15 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 20 24 —至三階50轉換100 Ω之平術至不平衡轉換器（ balun)模擬特性 (a) —階平衡至不平衡轉換器之介入损耗 (insertion loss) N=1 (b) 二階平衡至不平掏^轉換器之介入損耗N=2 (c) 三階平衡^至不平衡1轉換器之介入摘耗N=3 (d) 回返損耗(return loss) ·. .N=l 鲁..付=2 Ο. .N=3 (e) 振輕平衡(amplitude balance) □ . .N=l 〇..M=2 .N=3 (f) 相位平衡(phase difference) □ . .N=l 〇..N=2 Z\. .n=3 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2 ί 0 X 297公釐） #45707 Α7 Β7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（9 1 圖八二階50轉換100Q之平術至不平衡轉換器量測特 性 (a) 介入摘耗(insertion loss) 起始 0.045000000 GHz 5 緒束 2*500000000 GHz (b) 振輕平衡（amplitude blance) ' 起始 0.045000000 GHz 会备東 2.500000000 GHz (c) 相位平衡(phase difference) 10 起始 0.045000000 GHz 結束 2.500000000 GHz 蹰九 ττ π型補償式高低通乎衡至不平衡轉換器之電路 圖 29.. .補償式ττ型低通遽波器 15 30... ττ型高逸遽波器 31.. . π型低通·遽波器 32.. .補償式7Γ型高通滤波器 11.··不平衡傳輸線（Unbalanced line) 12.. .平衡傳輸線（Balanced line) 20 圖十 TT漤捕愤式高低通平衡至不平衡轉換器之電路圖 24 33.. .捕償式Τ漤低通濾波器 34. .. Τ型高通滤波器 35.. . Τ塑低通滅波器 10 本紙張尺度適用中國國家標準{ CNS ) A4規格（21 〇 X 297公釐） C請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂_ fr 4457 07 A7 B7 五、發明説明（9 1 10 36.. .捕愤式T 型高通遽波器 11.. .不平衡傳輸線(Unbalanced line) 12.. .平衡傳輸線(Balanced line) 圖十一Τττ型捕償式高低通平衡至不平衡轉換器之電路圖 29.. .補償式τε型低遑據皮器 34. ..Τ型髙通濾波器 、 31. . . τϊ型低通減波器 36.. .捕償式Τ型髙通減波器 11.. .不平衡傳輸線（Unbalanced line) 12*. •平衡"傳輸線（Balanced line) 圖十二π T型補債式高低通平衡至不平衡轉換器之電路圖 讀 先 閲 -讀 背 S} 之 注 意 事 項 再 4 寫, 本 頁 _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 33.. .捕償式Τ型低通滤波器 15 30. . . ττ型高通遽波器 35. . . Τ型低通滤波器 32.. . 償式π型高通滤波器 11. ·.不平衡傳輸線（Unba lanced line) 12. . ·平衡傳輸線（Balanced line) 20 圖十三對偶式乎衡至不平衡轉換器（dual balun)之示意圖 24 37.. .不平衡傳輸線疼（1/P) 38.. .第一對平衡傳輸、線正端珠（0/P1+) 39.. .第一對平衡傅輸、線奐端蛛（0/P1-) 11 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) A4規格（2!0：»〇97公釐） …‘4457 Ο 7 Α7 _______ Β7 五、發明説明（1〇) 1 40* ·.第η對平衡傅輸線正端疼（0/Ρη+) 41.. .第n對平衡傳輸線奂端缘（0/Ρη-) 42. ·.平衡端灸載（RL load impedance) 43···第一對具Zt系統阻抗之平衡至不平衡轉換器 5 (The first single balun with impedance Zt) 44. ··第n辞具Zt系統阻抗之平衡至不平衡轉換器 (The nth single balun with impedance Zt) 45.. .不平衡端系統阻抗（RS source impedance) 平彳鮮至不平衡轉換器阻抗值與不平衡/平衡阪 10 抗之数學關係 （Zt=nRSxRL) 圖十四高邋與低通據波器並聯形成的三端縮路 6··高通捕償滤波器（eompenasted High pass fiIter) 15 7* ·低通補備遽波器（compenasted Low pass filter) 46· ·不平衡疼（unbalance port) 47· * 平衡*珠（Balance port) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 48* *180 度反相功率分配器（Out-of-phase power splitter)^ 圖十五電路之本電路之模擬特性 (a)顯示振輕輸出 (LPF_arm) (HPF_arm) (請先閱讀背面之洼意事項再填、寫本頁j ·.低通遽波器 24 鮝·，高通遽波器 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇x297公整） …‘ 4457 Ο 7 Α7 Β7 五、發明説明（u) 1 (b)爲模撳之相位不乎衡圖 低通遽波器..（LPF_arm) 參..高通滤波器 （HPF—arm) 躕十六微電路之量測特性 5 (a)補褙式高/低邋平衡至不平衡轉換器之介入損 耗（insert ion loss)與回达損耗（return loss) _•.低通濾波器 （LPF_arm) ··.高通遽波器 （LPF_ar*m). (b)補愤式高/低邋平衡至不平衡轉換器之相位 10 画十七雙平衡澈波器（DBM)之設计示意® 圖十人雙平衡湛^皮器（DBM)之相片 圖十九雙平衡混波器（DBM)之性質 (a) 模微轉換損耗（simulated conversion loss) (b) 本振/射頻隔離度（LO/RF isolation) 15 圃二十雙平衡單晶微波绩體電路混波器之棋擬轉換損耗與 隔離度 本振/中頻隔離度isolation) Ο..本振/射頻隔離皮OLO/RF isolation) 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 {請先閲讀背面之注ί項再填寫本頁) .轉換損耗 20 圖二Η--雙乎衡瑕波器之中頻頻寬. 射頻（RF) = 4 GHz 本振（L0) = 17.5 dBm 圃二十二補偾式雙乎衡ilL波器之示意圈 24 圖二十三完整之捕償式雙平衡混•波器照片 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 457 0 7 at ___B7___— 五、發明説明（12 ) 1 圖二十四補愤式雙平衡瑕波器之性質 (a) 棋撇轉換损耗（simulated conversion loss) (b) 本振/射類隔離皮（LCI/RF isolation) 圖二十五補償式雙平衡單晶微波積體電路现波器之轉換损 5 耗與隔離度 □，.本振/中頻隔離度（LO/IF isolation) 〇..本振/射頻隔離度（LO/RF isolation) Φ..轉換損耗 蹰二十六補償式雙平衡现波器之中頻頻宽泥政射頻 1〇 (RF)=3 GHz ! 1 發明烊細説明 本發明「一種以集總常數捕償式高、低通平衡至不平 衡轉換器」，係包^-一個不平衡單端塑信號珠、一個平衡 15 信號珠、高邋濾波器、低通濾波器、捕償高通濾波器、補 償低邋減波器。其中之高通/低邋遽波器電路之紅合，可 串聯若干級7Γ型或T型電感、電容網路而成。 集總常數捕償式高低通平衡至不平衡轉換器之結構， 20 係將其中之不平衡信號琢輸入端並聯第一組高通/低逸減 ί 皮器；第一組高通遽波器之輪出端處再並聯第二組捕偾據 波器組之低遑減波器至地面；第一組低通減波器之輸ώ端 處再並聯第二組捕償據波器組之高通減皮器i地面，此二 24 輪出端即爲乎衡信號琢。 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） --------QI. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4457 01 A7 B7 五、發明説明（13 ) 1 該集總常数補償式高、低通平衡至不平衡轉故器架構 ’其保可適用於各種連接方式；例如（1)不乎衡信號琢輸 入端由第一組花型高邋滤波器、7T塑低邋滅波器並聯，於 平衡信號琢輸出端，棟用並聯第二組捕償7Τ型髙通減波器 5 、江型低通ί慮波審至地面。（2)於不平衡信號疼輸入端由 第一組Τ型高通濾故器、Τ型低通?慮波器並聯，於平衡信號 单輪出端棟用並聯第二組補偾τ型高逋滤波器、τ型低遗濾 波器至地面。（3)於不平衡信號珠輸入端由第一奴T型高 逯減波器、π型低通滤波器並聯，於平衡信號疼輸出端， 10 採用並聯第二組補偾π型低通_滅波器、T型高邋減波器至 地面。（4)於不平衡信號琢輸入端由第一組7T型高邋減波 器、T型低通遽波器並聯，於平衡信號烽輸出端採用並聯 第二組補偾T型低通濾波器、7Γ型高通減波器至地面。而 上迷各種集總常數捕償式高低通平衡至不平衡轉換器架構 15 *均可由η個平衡至不平衡轉換器並聯，而形成” 1對 2η平衡至不平衡轉換器”。 經濟部中央標準扃員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖一所示，對平衡至不平衡轉換器（balun)而言， 在低頻相當於變壓器，除從供阻抗轉換，其平衡端輸出（ 20 balanced output)具傅同振輕（equal Amplitude)但輪出 相位相反180° (〇ut phase)的特性，其阻抗轉換率可由平 衡至不平衡轉換器（balun)之系統阻抗值（zt)決定。故 傳統的合成平衡至不平衡轉換器（balun)方法，如圖二 24 所不’即運用通· /低通遽波器（high pass/low pass 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4457 Ο

五、發明説明（14 1 filter)的形式使對一 3 dB截止頻率（Fc)迨到平衡至不 平衡轉換器（baiun )的效采；惟在截止頻率（Fc)以外振 輻（amplitude)即無法乎衡。對於有關窄频的詨计方法， 本發明提供一種方法，即加入两段如圖三所示之補償高通 /低通減波器（compensated high/1〇w pass mter)。因 5 10 15 此可將傳統的詨计變成—個補偾結構，其低邋濾波器（i〇w Pass filter*)的輸出缘由於並接髙邋滤波器加处阳站 filter)而使振輕（amplitude)中不乎衡（imbalance)狀 態得到改善’同理對於髙通濾波器（high pass niter)的 輪出缘由於並接低通減皮器（l〇w⑽filter)亦可發揮 相同效策’而且該两輪出琢仍維柃輸出相位相反的特性。 而低通原型遽波器（Low prototype filter)可由鋼路合法 地得到其轉換函数（transfer> functi〇n)，如典型的切比 契夫（Tchebyscheff)、最欠平整皮（maximaiiy fiat)等等 轉換函數。惟該頹濾波器（filter)其頻率饗應在3 dB截 止頻率以外有很快的衰減現象，其系统限抗也較難定義， 故特性·也較差。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 20 24 另外一種合成法由花或丁型電感L、電容C絪路重 襄_接而成，如圃四所示之低通遽波器（low pass filter )的原型（pr〇t〇tyPe)，保由兩個電感L —個電容C或两個 觉容一個電感L作爲基本單元（basic sect ion)所構成 的三階濾故器（filter)串接而成，其中之電感L值、電落 c值則可利用各積減波器（filter)合成法得到不同的響應 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS > A4規格（210X297公釐） f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j

445707 Si 445707 Si 經濟部中央標準局舅工消費合作社印製 五、發明説明（15 ) 1 。掘五高通遽波器（high pass filter)的電感L值、觉容 C值則利用其與低通遽波器（low pass filter)之齡偶性 (duality)得到。合成基本單元（basic section)最簡易 的方法有二：（1)常数K 法（Constant K method)、（2) 5 準傅輸線法（Quasi-transmission 1 ine method)。二者相 比較*常數K法（constant K method)由於需分別調整高 /低通滤波器（high/low pass filter·)不同的3 dB截止 _率，得到的電感L值也較大，故實際電路的尺寸也較大 。因此準傳輪線法（Quasi-transinission line method)成 10 爲最佳的滤波器原型（f i Iter prototype)合成法。如圖六 所不準傳輸線法（Quasi-transmission line method)是將 減波器（filter)當成一段具Z0特撖阻抗、Θ相位纪化的 準傅輸線法。利用ABCD矩陣（ABCD matrix)將準傅輸線（ Quasi—transmission line)轉換成ττ型或T型等效電路 15 ’再直接與集總无件減波器（lumped element fi Iter)相 比較，發現可由Z0、Θ操作頻率得到所需的電感、電容值 。裡如低通滅波器（l〇w pass filter)其0取90度_，而 通?慮波器（high pass f i Iter)之Θ則取~9〇度，若欲 增加階數則取Θ=90/Ν度，再争接N級基本單元（basic 20 seetion)，即成爲髙階的滤皮器架構（filter stpueture；) 。高階的遽波器設计（filter design)祇要增加无件數责 ’同後可提供較佳的振幅平整度。 24 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之法意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7

A Α57 0 7 ,_ «I 五、發明説明（16 ) 1 爲50· £2不平衡線法（unbalanced 1 ine)轉換至1〇〇 Ώ平衡線法（baleunced line)，如圖七所示一至三階50轉 換100Ώ之平衡至不平衡轉換器（balun)模擬特性，N值 具偏由1至3級的闻返损耗（return loss)、相位平衡（ 5 phase balance).、振輕（amp 1 itude)的特性 〇 當Ν=2 ό令平 衡至不平衡轉換器（balun)即具備1:2的姨究内，亦即爲 67% 頻 SL'^bandwidth)，回返摘耗（return loss)小於 15 dB ’ 振輕差（amplitude difference)小於 0,4 dB，振輕 平衡（phase difference)均保挣180度特性。爲達到吏精 10 碌的囬返損耗（return loss)、振輻（ampl itude)以JSL相位 平衡（phase balance)等特性可由N=3的平衡至不平衡轉 換器（balun)獲得，其回返損耗（return loss)小於20 dB ，而振輕差（ampl itude difference)小於士0.1 dB、相位 差（phase difference)均保挣180皮的特性，惟頻定各減 15 小爲50%頻宽（bandwidth)。圖八爲N=2的平衡至不平衡 轉換器（balun)量測結果，中心頻率1.6 GHz在1 GHz的 頻寬内，膪八（a)顯示平衡輪出的介入損耗爲-3.5±0.6 dB。圖八（b)爲振幅平衡度小於±〇.6 dB。振幅乎衡度較 理論值各欠係受爷生效應及元件本身的自振頻率（self-20 resonance frequency)所影響，而相位差則較不受哥生元 件的影饗’如圖八_(c)所示相位差幾手爲完美的180皮。 集總•常數捕償式高低通平衡至不平衡轉換器架構，亦可並 聯η個平衡至不乎衡轉換器，而形成如圖十三所示之1對 24 2η平衡至不平衡轉換器形式。如η=2即爲對偶式平衡至 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂 cr· 4 457 0 7 A7 B7_^_ 五、發明説明（17 ) 1 不平衡轉換器（dual balun)，逮種電路廣泛的用於星狀雙 (請先聞讀背面之注意事項再填"本頁) 乎衡泥波器（star double balance mixer)、雙雙平衡派 (double double balance mixer)的設t十0 5 實施例1 " 將使用於微波電路的平衡至不平衡轉換器（balun), 用二組髙邋遽波器、二組低邋濾波器形成補償絪路，得 到寬頻的微皮變签器電路。 10 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 如圖十四髙通與低通遽波器並聯形成的三端鋼路，可藉 由?慮波在系統阻抗的^^定’由決定由不平彳赶±^(unbalarK；e Port)轉換至乎衡疼(Balance port)之阻抗轉換率，且 由平衡碑·（Balance port)輸出之信號振輕大小相等，相 15 相位相反，亦即得到一個差動（differential)信號，.此時 僅在中心頻率處滿足狀態，愈遠離中心頻率，則振輻誤差 愈九，這時我們在輸出端處各並聯相同一紅補憤遽波器則 可将振輕不平衡的現象與以補偾，同時不影粢相位差爲反 相輸出。圖十五爲本電路之模擬特性。（a)顯示振輪輸出 20 ’（b)爲槪擬之相位不平衡圖。由於軍晶微坡_積體電路（ MMIC)之電感並非理想值，由於雜散電路之影樂下，如圖 十六顯示實際之量測特性在2.25到5.7 GHz内，其輪出 仍具-4.4 土 1 dB的振輕平衡度，由不平衡傳輸線（ 24 unbalance line)輸入端之反射損耗（Return loss)均低 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格Π10 X 297公釐） .：·'· 445707 A7 __—_B7___ 五、發明説明（18 ) 1 於-10 dB，在2.6至5.7 GHz内具有約土5度之相位誤 M- (phase error) <= (請先間讀背面之洼意事項再填寫本頁) 賞施例2 雙平衡现波器 5 本電路ϋ用二組高通與低逋滅波組、形成的平衡至不 平衡轉換器（balun)，因爲使用的集總元件較少故可使電 路面積減小，此乎衡至不平衡轉換器（balun)可供雙平衡 *混波器（DBM)之本振（L0)與射頻（RF)輸入之用，結合四 10 個ί昆波二極体（mister diode)形成的史叉狀·（cross over quad)或樣狀（ring quad)之二極嫂奴，由於本振（L0)將 二極体（diode)推動至二極体（diode)之内建電位（bui It -in voltage)附近，而得到i艮大的時资非線性電導（time vary ing non 1 inear c induct ion * g (t))與射頻（RF)信號 15 浪合後可得到各個敏波之紅合，再經由平衡至不平衡轉換 經濟部中央標率局員工消費合作社印黎 器（balun)之故應可犄需要的中頻（IF)信號由一雙工器（ diplexing)之低通遽波器取出，其他的僞紙號（spurious signal)則有賴於平衡至不平衡轉換器（balun)或雙工器（ diplexer)設计或互相抵消，或藉雙工器濾波器（diplexer 20 filter)予以拒斥’對於雙平彳鮮品波器①BM)而言，偶數 游波之信號將被平衡至不平衡轉換器（balun)抵消。故雙 中術浪波器（DBM)設计上之關健爲得到一個振幅相拿、相 位相反之頻平衡至不平術轉換器（balun) 〇 24 20 一^^^^^標隼（（：呢）人4規格（21(^297公釐） 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 α457〇7 Α7 _____Β7__ 五、發明説明（19 ) 1 圖十七爲雙平衡蒗波器（DBM)之設计示意圖，圖十八 爲雙平彳舒瑕波器（DBM)之相片，圖十九爲模擬轉換損耗（ conversion loss)與表振/射頻隔離度（LO/RF isolation )〇10dB 轉換損耗（conversion loss)的頻寬可從2-7GHz 5 隔離度（isolations)约可大於20 dB，經實瞭實驗其量測 的結果如圈二十所示，轉換損耗（conversion loss)介於 8-10 dB约可由2.1-5.7 bHz，這相當於約60%的頻宽* 隔離度均大於20 dB *由'1¾圈可知，由於限於佈局（Layout )之限制，.在低頻部价轉換損耗（conversion logs)反而 10 較差，可見該處之平衡至不平衡轉換器（balun)之特性( performance)必定較差。圖二Η係一賁際電路其射類（ RF)爲4 GHz以下之中頻（IF)頻率，以10 dB轉換损耗（ conversion loss)爲界，約爲500 MHz之中頻頻完(IF berndvridth)。由於實施例電路保一種比較性對照祖，雖然 15 較混成式風圈（hybrid ratrace)具有較寬的頻率響應；但 是與依照本發明理念提供之實施例1或實旅例3電路紬構 相比較，仍然不埋想。 實施例3 捕償式雙平衡混波器 20 本設计提出一僩可用集總无件合成的平衡至不平衡轉 換器（balun)電路，取代傳统、複雜、非平面的平衡·至不 平機^轉換器（balun)設计並用之於雙乎彳辩風波器之電路， 24 關於混波器設t十之原理可本考實拖例二，由於補彳赏式平衡 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

ο 7 5 d 4

7 7 A B 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 五、發明説明（20 ) 1 至不平彳赶轉換器（balun)之使用，其改進可由隔離度之特 性窺之一斑，本電路的量測結果可驗链實施例一所描述的 平衡至不乎衡轉換器（balun)使用於雙平衡混波器（DBM) 之設计，特有明顯的電性改善。 5 .圖二十二爲補償式雙平衡乳波器之示意蔺，豳中之絶 壓·器以實旅例一中之捕債平衡至不平衡树:換器（Compensated B尹lun)取代，圖二十三爲完整之補償式雙平衡通波器照片 ，圖二十四爲捕償式雙平衡通波器之性質，此选波器之轉 10 換損耗（Conversion loss)與隔離^(isolations)之受測 與模擬，可觀察出實驗與模擬約本有士-1 dB左右之差別 。經·實際實驗其量測的結果如圖二十五所示，發生 轉換損耗（Conversion loss)之頻寬，可由1.5到5.3 GHz ’其範^園相當於111%的頻超過對照組實例二中之 15 频冗（B.W·)且轉換損耗（Conversion loss)有1 至 3 dB 之改善現象。且由本振/射頻（L0/RF)之隔度，發現有10 到20 dB之改善，足以顯示該補償平衡至不平衡轉換器（ Compensated Baiun)之·特性遠較傳統结構更優異。圖二十 六保—實際電路其中頻（IF)頻寬則達Q00 MHz。 20 結上所迷，本發明可於產業應用上提供一個簡易且可 實施的平面電路結構，主要應用於單晶微皮積體電路中射 類元件，如泥波器、調制器、調制/解調制器.、相位檢測 24 器等等之電路設计。最主要的頁獻是使欠多數非平面、巨 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） (請先閲讀背面之^一意事項再填寫本頁)

、1T λ A45 7 0 7 Α7 L- B7 五、發明説明（21 ) .1 大的傳統平衡至不平衡轉換器（balun)結構，可經由集總 元件加以取代，因此歡波積趙電路可用單一平面製造，如 此爲積赌電路（1C)生產的必要條件。可以使電路以小面绩 製邊（此代表每低成本），而且使用集總无件取代傅统的分 5 佈式傳輸線，達使積禮笼路（1C)設计的電腦輔助設计（ CAD)钯得很簡易，亦大大皆低先期設计開發的時間與成本 ，故本電结構非常適用於產業上的實際應用。 10 ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 20 24 23 本紙張尺度賴中_家縣（⑽）慮^ ( 2⑽297公麓）

Claims (1)

1. A8 B8 CS DS 445 7 0 7 六、申請專利範圍 ι·—種以集總常數補債式髙、低通手衡至不平衡轉換 •V 器架構，其係包^個不平衡單端塑信號珠、 一個平衡信號埠、第一組高通濾波器、低通濾 波落、第二組補偾高遑減政器/補償低通濾波 2. 如申請牟利範•困第1項之集總常數補償式髙低遗平 衡至不平衡轉換器架構，其中之高通/低通減波 器電路之组合，可並聯若干級江型或Τ型電感、 電容網路串而成。 3. 如申請專利範闽第1項之集總常数輪償式高低通乎 衡至不平衡轉換器架構，其中之不平衡信號琢輸 入端並聯第一組高通/低通濾波器；第—組高通 濾波器之輸出端處再並聯第二組捕償濾波器組之 低通濾波器至地；第一組低邋減波器之輸出端處 再並聯第二組補债減波器組之高通減波器至地面 ，此二輸出端即爲平衡信號珠。 4·如申請專利範固第1項之集總常數補償式髙低遗乎 偽至不平衡轉換器架構，係由η個平衡至不平衡 轉換器並聯，而形成” 1 封2η平衡至不平衡 轉換器’，〇 5·—種以集總常數補償式高、低通平術至不平衡轉換 器架構，其係於不平衡信號琢輸入端由第—紐^ 型高通减波器、7Τ型低通遽波器並聯，於平衡信 說疼輪出端，採用並聯第二缒補償π型髙通遽波 器、π型低通據波器至地面形式完成之平衡至不 24 &適用中國国家標準（CNS)A4規格（210X297公疫） (請先閲讀背面之汰意事項再填寫本頁) 訂 5.. 經濟部中央標準局員工消費合作，杜印製 A8 B8 C8 D8 AA57 Π 7 夂、申請專利範圍 乎衡轉換器架構之電路。 6.如申請專利絶圃第5項之集總常數捕偾式高低通平 衡至不平衡轉換器架構，保由η個平衡至不平衡 轉換器並聯*而形成” 1對2η平衡至不乎衡轉 換器” 7·—種以集總常數補償式髙、低通平衡至不平術轉換 器架構’於不乎衡信號痒輸入端由第一組Τ型高 通濾波器、Τ型低通遽波器益聯，於平衡信號珠 輪出端採用並聯第二組補償Τ型髙通遽波器、Τ 塑低通減波器至地面形武^完成之平衡至不平衡轉 換器架構之電路。 8.如令請專利絶困第7項之集總常數補償式高低通平 衡至不平衡轉換器架構，係由η個平衡至不平衡 轉換器並聯，而形成” 1對2η平衡至不平衡轉 換器”。 一種以集總常數補缚式高、低通平衡至不乎衡轉換 器架構，於不乎衡信號疼輸入端由第一組Τ型高 通據波器、7Τ型低邋ί慮波器並聯，於平衡信號缘 輪出端，採用並聯第二組補憤7Τ型低通據波器、 Τ型高通j慮波器至地面形式完成之平衡至不平衡 轉換器架構之電路。 10.如申請專利絶園第9項之集總常數補償式高低通平 衡至不平衡轉換器架構，係由η個平衡至不平衡 轉換器並聯，而形成” 1對2ri平衡至不平彳赶轉 25 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS > A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之汰意事項再填寫本頁) -訂 經濟部中央標準局舅工消費合作社印製 /445707 I _ D8 六、申請專利範圍 換器”。 ‘ 11· 一種以集總常數補償武高、低邋平衡至不平衡轉換 器架構 > 於不平衡信號球輸入端由第一組7T型高 通減;波器、T型低通遽皮器並聯，於平衡信號琢 輸出端採用並聯第二耝捕償T型低通減波器、7T 塑高通ί慮波器至地面形式完成之平衡至不平衡轉 換器架構之觉路。 12.如申精專利範圓第11項之集總常數捕償式禹低通 平衡至不平衡轉換器架槐，係由η個平衡至不肀 衡轉換器並聯，而形成” 1對2η平衡至不早衡 轉換器”。 ---------η------ΐ—ί„---(Γ (請先閲讀背面之备意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNs ) A4規格（210X297公釐）