一种高频宽带巴伦匹配变换器及射频装置的制作方法

1.本实用新型涉及射频技术领域，尤其涉及一种高频宽带巴伦匹配变换器及射频装置。


背景技术：

2.随着科技的进步，巴伦的设计也发生了很大的变化，应用领域涉及到驱动差分天线、平衡混频器、放大器、倍频器等。一些巴伦具有偶数阶信号抑制作用，可降低混频器中的杂散信号，一些可用于阻抗变换，一些用来连接阻抗不同的传输线。用于阻抗变化的巴伦能实现阻抗匹配，隔直和平衡端口到单端的匹配。
3.关于巴伦的关键指标有：插损、幅度一致性、相位平衡度以及共模抑制比。
4.1)幅度一致性是指两输出功率之间的差值；
5.2)相位平衡度是指两个平衡输出与功率相等，相位相差180
°
；
6.3)共模抑制比是指两个相同信号从平衡端口传输至不平衡端口过程中所产生的衰减，共模抑制比决定于两信号的矢量相加结果，矢量相加结果取决于巴伦的幅度一致性和相位平衡度。
7.在微波射频领域，差分电路和巴伦已广泛应用于通讯基站产品、移动产品以及芯片设计，一般用差分信号消除共模噪声，并通过巴伦实现单端信号与差分信号之间的转化。
8.现今，射频及微波集成电路正在向宽频带，小型化发展，而5g发展已经成为时代的趋势，为满足用户的通信体验，智能终端则必须具备相关能力。
9.那么作为重要环节的巴伦就要做出相应的提升和进步，过去的巴伦因本身结构限制，传输线存在损耗，匹配需要提升改善，所以差分信号输出时就会出现相位不平衡、幅度不平衡以及输出损耗过高的问题，严重影响巴伦的性能。


技术实现要素：

10.针对以上现有技术的不足，本实用新型实施例提出了一种用于提高差分信号的相位平衡度以及幅度平衡度，并降低输出损耗的高频宽带巴伦匹配变换器及射频装置。
11.第一方面，本实用新型实施例提供了一种高频宽带巴伦匹配变换器，包括依次连接的第一级巴伦、相位补偿电容以及第二级巴伦；
12.所述第一级巴伦用于接收单端的不平衡信号，并将其转化为两路平衡的差分信号后输出；
13.所述相位补偿电容用于对两路平衡的所述差分信号进行相位补偿后输出；
14.所述第二级巴伦用于接收经相位补偿后的两路平衡的所述差分信号并改善所述差分信号的插损、幅度一致性及平衡度，并输出。
15.优选的，所述第一级巴伦包括第一耦合单元，所述第一耦合单元包括第一传输线以及与所述第一传输线耦合的第一耦合线，所述第一传输线与所述第一耦合线相互平行且正对设置，所述第一传输线的一端作为所述第一级巴伦的第一信号输入端，用于接收单端
的所述不平衡信号，所述第一传输线的另一端作为所述第一级巴伦的第一输出端并连接至所述相位补偿电容；所述第一耦合线的一端接地，所述第一耦合线的另一端作为所述第一级巴伦的第二输出端并连接至所述相位补偿电容。
16.优选的，所述第二级巴伦的输入端包括第二信号输入端和第三信号输入端；所述相位补偿电容包括第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端与所述第一输出端连接，所述第一电容的第二端与所述第二信号输入端连接，所述第二电容的第一端与所述第二输出端连接，所述第二电容的第二端与所述第三信号输入端连接。
17.优选的，所述第二级巴伦包括第二耦合单元以及第三耦合单元；所述第二耦合单元包括相互平行且正对设置的两根第二传输线以及相互平行且正对设置的两根第二耦合线，所述第二传输线与所述第二耦合线相互平行且正对设置；
18.两根所述第二传输线位于其中同一侧的一端相互连接并作为所述第二信号输入端，两根所述第二传输线位于其中另外同一侧的一端相互连接并作为第三输出端；
19.两根所述第二耦合线位于其中同一侧的一端相互连接并作为第四输出端；两根所述第二耦合线位于其中另外同一侧的一端共同接地；
20.所述第三耦合单元包括相互平行且正对设置的两根第三传输线以及相互平行且正对设置的两根第三耦合线，所述第三传输线与所述第三耦合线相互平行且正对设置；
21.两根所述第三传输线位于其中同一侧的一端相互连接并作为所述第三信号输入端，两根所述第三传输线位于其中另外同一侧的一端均与所述第四输出端连接；
22.两根所述第三耦合线位于其中同一侧的一端相互连接并与所述第三输出端连接，两根所述第三耦合线位于其中另外同一侧的一端共同接地。
23.优选的，所述高频宽带巴伦匹配变换器还包括第三电容，所述第三电容与所述第二级巴伦连接，用于调节经所述第二级巴伦改善平衡度的所述差分信号的工作频点。
24.优选的，所述第三电容串联设置于所述第三输出端与所述第四输出端之间。
25.优选的，所述第一电容、所述第二电容以及所述第三电容均为可调节电容。
26.优选的，所述第一传输线和所述第一耦合线的长度相同且形状一致；所述第二传输线、所述第三传输线、所述第二耦合线以及所述第三耦合线的长度相同且形状一致。
27.优选的，所述第一传输线及所述第一耦合线在3.3g～4.2g的工作频率时，长度均为1300um；所述第二传输线、所述第二耦合线、所述第三传输线以及所述第三耦合线在3.3g～4.2g的工作频率时，长度均为650um
28.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种射频装置，所述射频装置中包括上述的高频宽带巴伦匹配变换器；所述射频装置为混频器、推挽放大器、双工器以及倍频器中的任意一种。
29.与现有技术相比，本实用新型的高频宽带巴伦匹配变换器及射频装置中，通过设置第一级巴伦和第二级巴伦，使不平衡信号通过第一级巴伦转换为差分信号后，再通过第二级巴伦将第一级巴伦产生的差分信号进行改善，从而提高了差分信号的相位平衡度和幅度平衡度，使最终输出的差分信号相位差更加接近180
°
，幅度更趋于相等，同时，还降低了输出的损耗。
附图说明
30.下面结合附图详细说明本实用新型。通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
31.图1为本实用新型实施例提供的一种高频宽带巴伦匹配变换器的电路框图一；
32.图2为本实用新型实施例提供的一种高频宽带巴伦匹配变换器的电路框图二；
33.图3为本实用新型实施例提供的一种高频宽带巴伦匹配变换器的电路示意图；
34.图4为本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g插入损耗的仿真曲线图；
35.图5为本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g幅度一致性的仿真曲线图；
36.图6为本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g相位平衡度的仿真曲线。
具体实施方式
37.下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
38.在此记载的具体实施方式/实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于实用新型权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本实用新型的保护范围之内。
39.以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本实用新型可用以实施的特定实施例。本实用新型所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右、内、外、侧面等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本实用新型，而非用以限制本实用新型。
40.结合图1至图3所示，均为本实用新型实施例提供的一种高频宽带巴伦匹配变换器的电路示意图。
41.本实用新型实施例提供的一种高频宽带巴伦匹配变换器，包括依次连接的第一级巴伦10、相位补偿电容30以及第二级巴伦20。
42.其中，所述第一级巴伦10用于接收单端的不平衡信号，并将其转化为两路平衡的差分信号后输出。
43.所述相位补偿电容30用于对两路平衡的所述差分信号进行相位补偿后输出。
44.所述第二级巴伦20用于接收经相位补偿后的两路平衡的所述差分信号并改善所述差分信号的插损、幅度一致性及平衡度，并输出，该平衡度主要体现为相位平衡度和幅度平衡度。
45.具体地，所述第一级巴伦10包括第一耦合单元11，所述第一耦合单元11包括第一传输线1以及与所述第一传输线1耦合的第一耦合线2，所述第一传输线1与所述第一耦合线2相互平行且正对设置，所述第一传输线1的一端作为所述第一级巴伦10的第一信号输入端t1，用于接收单端的所述不平衡信号，所述第一传输线1的另一端作为所述第一级巴伦10的
第一输出端t2并连接至所述相位补偿电容30；所述第一耦合线2的一端接地，所述第一耦合线2的另一端作为所述第一级巴伦10的第二输出端t3并连接至所述相位补偿电容30。
46.具体地，所述第二级巴伦20的输入端包括第二信号输入端t4和第三信号输入端t5；所述相位补偿电容30包括第一电容c1和第二电容c2，所述第一电容c1的第一端与所述第一输出端t2连接，所述第一电容c1的第二端与所述第二信号输入端t4连接，所述第二电容c2的第一端与所述第二输出端t3连接，所述第二电容c2的第二端与所述第三信号输入端t5连接。
47.具体地，所述第二级巴伦20包括第二耦合单元21以及第三耦合单元22；所述第二耦合单元21包括相互平行且正对设置的两根第二传输线a以及相互平行且正对设置的两根第二耦合线b，所述第二传输线a与所述第二耦合线b相互平行且正对设置；
48.两根所述第二传输线a位于其中同一侧的一端相互连接并作为所述第二信号输入端t4，两根所述第二传输线a位于其中另外同一侧的一端相互连接并作为第三输出端t8；
49.两根所述第二耦合线b位于其中同一侧的一端相互连接并作为第四输出端t9；两根所述第二耦合线b位于其中另外同一侧的一端共同接地；
50.所述第三耦合单元22包括相互平行且正对设置的两根第三传输线c以及相互平行且正对设置的两根第三耦合线d，所述第三传输线c与所述第三耦合线d相互平行且正对设置；
51.两根所述第三传输线c位于其中同一侧的一端相互连接并作为所述第三信号输入端t5，两根所述第三传输线c位于其中另外同一侧的一端均与所述第四输出端t9连接；
52.两根所述第三耦合线d位于其中同一侧的一端相互连接并与所述第三输出端t8连接，两根所述第三耦合线d位于其中另外同一侧的一端共同接地。
53.具体地，所述高频宽带巴伦匹配变换器还包括第三电容c3，所述第三电容c3与所述第二级巴伦20连接，用于调节经所述第二级巴伦20改善平衡度的所述差分信号的工作频点。
54.具体地，所述第三电容c3串联设置于所述第三输出端t8与所述第四输出端t9之间。这样可以通过第三电容c3调节巴伦的工作频点，其趋势为电容越大，频率越低，电容越小，频率越高。
55.巴伦尺寸的大小会导致工作频率的变化，但通过调节第三电容c3便可以起到调频的作用，如果巴伦尺寸刚好适合所需的频段，那么调节第三电容c3便能够在一定程度上提高巴伦性能。
56.在本实施例中，所述第二级巴伦20还包括第一差分输出端t6和第二差分输出端t7，所述第一差分输出端t6与所述第三输出端t8连接，所述第二差分输出端t7与所述第四输出端t9连接。这样可以方便信号的输出。
57.在本实施例中，所述第一电容c1、所述第二电容c2以及所述第三电容c3均为可调节电容。这样可以调节巴伦的工作频点，其主要影响巴伦的插损和相位。
58.在本实施例中，所述第一传输线1和所述第一耦合线2的长度相同且形状一致；所述第二传输线a、所述第三传输线c、所述第二耦合线b以及所述第三耦合线d的长度相同且形状一致。这样可以提升巴伦的相位平衡度和幅度平衡度。
59.在本实施例中，所述第一传输线1及所述第一耦合线2在3.3g～4.2g的工作频率
时，长度均为1300um；所述第二传输线a、所述第二耦合线b、所述第三传输线c以及所述第三耦合线d在3.3g～4.2g的工作频率时，长度均为650um。这样不仅可以使巴伦的面积更小，应用面更广，还可以提高差分信号的相位平衡度和幅度平衡度，使最终输出的差分信号相位差更加接近180
°
，幅度更趋于相等，同时，降低输出的插损。
60.影响该巴伦的工作频段和工作带宽的最主要因素为耦合线圈的长度，换而言之就是巴伦的面积，面积越大，巴伦越能实现在低频的工作需求，面积越小，工作频率越高。其中，耦合线圈便是第一耦合线2、第二耦合线b以及第三耦合线d的长度。
61.使用时，输入的不平衡信号从第一耦合单元11的第一信号输入端t1输入至第一传输线1，同时，耦合至第一耦合线2上，从而产生差分信号。即可以输出两个相位相差180
°
而幅度相等的信号，所以需要在第一级巴伦10中设置一个第一信号输入端t1、一个第一输出端t2以及一个第二输出端t3。
62.两平衡的差分信号分别由第一输出端t2和第二输出端t3经过第一电容c1和第二电容c2传输至第二信号输入端t4和第三信号输入端t5，然后通过第二耦合单元21和第三耦合单元22进行处理，并将处理后的信号分别经过第三输出端t8和第四输出端t9传输至第一差分输出端t6和第二差分输出端t7。所以需要在第二级巴伦20中设置第二信号输入端t4和第三信号输入端t5，并且，差分信号在经过第二信号输入端t4和第三信号输入端t5处理后，输出的差分信号带宽、插损、幅度一致性和相位平衡度都可以得到大幅度的提升。
63.本实用新型的输入信号由第一信号输入端t1进入到第一级巴伦10后，由于实际应用中耦合线会受金属损耗、介质损耗和寄生参数的影响，信号在传输过程中的幅度会衰减、相位会滞后，这就会导致信号通过第一耦合单元11传输至第一输出端t2和第二输出端t3时的幅度和相位的一致性产生偏差。
64.第一级巴伦10的输出信号经过第一电容c1和第二电容c2传输到第二级巴伦20后，首先，第一电容c1和第二电容c2的引入，可以对上述偏差进行一定的补偿，其次，第二级巴伦20的引入，使得第二耦合单元21和第三耦合单元22中的信号传输路径完全对称，信号在第一级巴伦10中产生的金属损耗、介质损耗和寄生参数的影响与第二级巴伦20中产生的金属损耗、介质损耗和寄生参数的影响是能够抵消的，从而可以使本实用新型的巴伦结构的幅度和相位的一致性相较于传统的巴伦结构具有大幅度的提升，同时，保障其在5g频段的性能。
65.为了能更好的理解本实用新型的高频宽带巴伦匹配变换器所带来的技术效果，本实施例还提供了本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g插入损耗的仿真曲线图、本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g幅度一致性的仿真曲线图以及本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g相位平衡度的仿真曲线图。
66.其中，本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g插入损耗的仿真曲线图，如图4所示；本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g幅度一致性的仿真曲线图，如图5所示；本实用新型实施例与现有技术中巴伦在3.3g～4.2g相位平衡度的仿真曲线图，如图6所示。
67.与现有技术相比，本实用新型的高频宽带巴伦匹配变换器通过设置第一级巴伦10和第二级巴伦20，使不平衡信号通过第一级巴伦10转换为差分信号后，再通过第二级巴伦20将第一级巴伦10产生的差分信号进行改善，从而提高了差分信号的相位平衡度和幅度平
衡度，使最终输出的差分信号相位差更加接近180
°
，幅度更趋于相等，同时，还降低了输出的损耗。
68.上述的高频宽带巴伦匹配变换器可应用于射频装置，其中，射频装置包括混频器、推挽放大器、双工器以及倍频器中的一种，其所达到的效果与上述的高频宽带巴伦匹配变换器所达到的效果相同，因此，不再进行赘述。当然，根据实际需求，上述的高频宽带巴伦匹配变换器还可以应用于其它的射频装置。
69.需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。