本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種寬帶三線巴倫。

背景技術(shù)：

巴倫作為一種傳輸不平衡信號(hào)-平衡信號(hào)的關(guān)鍵器件，在微波電路和通信系統(tǒng)中扮演著極其重要的角色。從巴倫的理論被提出以來(lái)就有研究提出了各種各樣的結(jié)構(gòu)。經(jīng)幾十年的發(fā)展，Marchand巴倫因?yàn)槠渥陨沓錾钠胶馓匦远粡V泛應(yīng)用，同時(shí)也有不少針對(duì)Marchand巴倫的研究，但是隨著電路的設(shè)計(jì)進(jìn)一步趨于小型化，對(duì)巴倫小型化的要求也越來(lái)越高。

為了能夠獲得更小的體積，現(xiàn)有技術(shù)中有提出一種結(jié)構(gòu)更加緊湊三線巴倫。相較于Marchand巴倫的四根四分之一波長(zhǎng)傳輸線，三線巴倫的結(jié)構(gòu)只需要三根四分之一波長(zhǎng)的傳輸線。為了滿足日益發(fā)展的通信系統(tǒng)的要求，除了減小巴倫的體積，還需要進(jìn)一步提高巴倫的帶寬。有研究發(fā)現(xiàn)此結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)傳輸極點(diǎn)，擁有較寬的帶寬，但在通帶范圍內(nèi)不能一直維持良好的平衡性輸出，同時(shí)，有方案提出通過(guò)增加的匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)拓展三線巴倫的帶寬，但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的原因，電路的體積幾乎增加了一倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種寬帶三線巴倫。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種寬帶三線巴倫，包括一個(gè)接收不平衡信號(hào)的輸入端口和一對(duì)輸出振幅相等且相位相反的平衡信號(hào)的輸出端口，輸入端口通過(guò)中心金屬線與第一個(gè)輸出端口連接，第一個(gè)輸出端口先后通過(guò)第一耦合線和第一饋線接地，第二個(gè)輸出端口先后通過(guò)第二耦合線和第二饋線接地，中心金屬線的寬度大于常規(guī)預(yù)設(shè)寬度，第二耦合線比第一耦合線長(zhǎng)第一補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償幅度使平衡信號(hào)的振幅相等，第一饋線比第二饋線長(zhǎng)第二補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償相位使平衡信號(hào)的相位相反。

在本發(fā)明所述的寬帶三線巴倫中，所述三線巴倫由上至下依次包括以下金屬電路層：頂層金屬地、設(shè)置有第一饋線的上方饋線層、設(shè)置有第一耦合線的上方耦合線層、設(shè)置有中心金屬線的中間層、設(shè)置有第二耦合線的下方耦合線層、設(shè)置有第二饋線的下方饋線層、底層金屬地；其中，第一耦合線的一端與頂層金屬地連接，第一耦合線的另一端分別與第一饋線的一端、中心金屬線的一端連接，第二耦合線的一端與底層金屬地連接，第二耦合線的另一端與第二饋線的一端連接，第一饋線的另一端、第二饋線的另一端、中心金屬線的另一端均延伸至所在金屬電路層的邊緣以與相應(yīng)的端口連接。

在本發(fā)明所述的寬帶三線巴倫中，不同金屬電路層之間的需要連接的部分通過(guò)金屬化通孔連接。

在本發(fā)明所述的寬帶三線巴倫中，第一耦合線與第二耦合線寬度相等，第一饋線與第二饋線寬度相等。

實(shí)施本發(fā)明的寬帶三線巴倫，具有以下有益效果：本發(fā)明增加三線巴倫中心金屬線的寬度使其大于常規(guī)預(yù)設(shè)寬度，獲得了兩個(gè)傳輸極點(diǎn)，提高三線巴倫的工作帶寬，而且一方面通過(guò)設(shè)定第二耦合線比第一耦合線長(zhǎng)第一補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償幅度使平衡信號(hào)的振幅相等，另一方面通過(guò)設(shè)定第一饋線比第二饋線長(zhǎng)第二補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償相位使平衡信號(hào)的相位相反，最終實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的小體積的同時(shí)維持巴倫的寬帶平衡性輸出。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖：

圖1是本發(fā)明的寬帶三線巴倫的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明的寬帶三線巴倫的3D簡(jiǎn)圖；

圖3是圖2中的每一層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是S₁₁曲線隨著W₁增加的變化趨勢(shì)示意圖；

圖5是增加L₃的長(zhǎng)度的補(bǔ)償幅度的效果圖；

圖6是增加L₄的長(zhǎng)度的補(bǔ)償相位的效果圖；

圖7本發(fā)明的寬帶三線巴倫的S參數(shù)的仿真和測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖；

圖8本發(fā)明的寬帶三線巴倫的三線巴倫的平衡特性示意圖。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明實(shí)施例中，輸入端口通過(guò)中心金屬線與第一個(gè)輸出端口連接，第一個(gè)輸出端口先后通過(guò)第一耦合線和第一饋線接地，第二個(gè)輸出端口先后通過(guò)第二耦合線和第二饋線接地，第二耦合線比第一耦合線長(zhǎng)第一補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償幅度使平衡信號(hào)的振幅相等，第一饋線比第二饋線長(zhǎng)第二補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償相位使平衡信號(hào)的相位相反。本發(fā)明增加三線巴倫中心金屬線的寬度使其大于常規(guī)預(yù)設(shè)寬度，獲得了兩個(gè)傳輸極點(diǎn)，提高三線巴倫的工作帶寬，而且一方面通過(guò)設(shè)定第二耦合線比第一耦合線長(zhǎng)第一補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償幅度使平衡信號(hào)的振幅相等，另一方面通過(guò)設(shè)定第一饋線比第二饋線長(zhǎng)第二補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償相位使平衡信號(hào)的相位相反，最終實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的小體積的同時(shí)維持巴倫的寬帶平衡性輸出。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說(shuō)明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

參考圖1，本發(fā)明的寬帶三線巴倫包括一個(gè)接收不平衡信號(hào)的輸入端口和一對(duì)輸出振幅相等且相位相反的平衡信號(hào)的輸出端口，參考圖1，P1表示輸入端口，P2、P3表示一對(duì)輸出端口。輸入端口P1通過(guò)中心金屬線LINE1與第一個(gè)輸出端口P2連接，第一個(gè)輸出端口P2先后通過(guò)第一耦合線LINE2和第一饋線LINE4接地，第二個(gè)輸出端口P3先后通過(guò)第二耦合線LINE3和第二饋線LINE5接地。

每根線的長(zhǎng)度本應(yīng)都是中心頻率f₀處對(duì)應(yīng)的四分之波長(zhǎng)λ/4，中心金屬線的寬度本應(yīng)設(shè)置為常規(guī)預(yù)設(shè)寬度。但是為拓寬帶寬，本發(fā)明中，中心金屬線的寬度大于常規(guī)預(yù)設(shè)寬度。而這種拓展帶寬的方式會(huì)影響輸出端口的平衡性，為維持巴倫的平衡輸出，本發(fā)明中第二耦合線LINE3比第一耦合線LINE2長(zhǎng)第一補(bǔ)償長(zhǎng)度C1，以補(bǔ)償幅度使平衡信號(hào)的振幅相等，第一饋線LINE4比第二饋線LINE5長(zhǎng)第二補(bǔ)償長(zhǎng)度C2，以補(bǔ)償相位使平衡信號(hào)的相位相反。

從上可見(jiàn)，本發(fā)明僅需對(duì)某些線的長(zhǎng)度或者寬度進(jìn)行改變，因此本發(fā)明可以盡量小型化且可同時(shí)維持巴倫的寬帶和平衡輸出。

其中，上述線路是通過(guò)蝕刻或者涂覆等方式設(shè)置在不同的陶瓷層上以形成金屬電路層，不同金屬電路層之間的需要連接的部分通過(guò)金屬化通孔連接。

具體實(shí)施例中，參考圖2和圖3，所述三線巴倫由上至下依次包括以下金屬電路層：頂層金屬地、設(shè)置有第一饋線LINE4的上方饋線層、設(shè)置有第一耦合線INEL2的上方耦合線層、設(shè)置有中心金屬線LINE1的中間層、設(shè)置有第二耦合線LINE3的下方耦合線層、設(shè)置有第二饋線LINE5的下方饋線層、底層金屬地。

其中，第一耦合線LINE2的一端與頂層金屬地通過(guò)金屬化通孔連接，第一耦合線LINE2的另一端通過(guò)金屬化通孔分別與第一饋線LINE4的一端、中心金屬線LINE1的一端連接，第二耦合線LINE3的一端與底層金屬地通過(guò)金屬化通孔連接，第二耦合線LINE3的另一端與第二饋線LINE5的一端通過(guò)金屬化通孔連接，第一饋線LINE4的另一端、第二饋線L5的另一端、中心金屬線LINE1的另一端均延伸至所在金屬電路層的邊緣以與相應(yīng)的端口連接。

圖2、3中，100即表示金屬化通孔，Layer1表示中間層，Layer2表示上方耦合線層，Layer3表示下方耦合線層，Layer4表示上方饋線層，Layer5表示下方饋線層，TOP GND表示頂層金屬地，BOTTOM GND表示底層金屬地。

較佳實(shí)施例中，寬帶三線巴倫是基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的工藝(介電常數(shù)5.9，損耗角0.002)設(shè)計(jì)而成，并可通過(guò)全波仿真軟件HFSS進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)然，可以理解的是本發(fā)明并不局限于低溫共燒陶瓷工藝，只要是多層板的設(shè)計(jì)都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

需要明確的是，進(jìn)一步優(yōu)選的，為了減小體積，各個(gè)金屬線LINE1-LINE5(其長(zhǎng)度表示為L(zhǎng)₁，L₂，L₃，L₄，L₅)，如果長(zhǎng)度較長(zhǎng)可以采用從內(nèi)而外包繞的方式進(jìn)行走線，雖然圖3中示意的是矩形走線方式，但是實(shí)際上并不限于此，還可以是圓形或者其他不規(guī)則的走線方式，這些都是本實(shí)施例的簡(jiǎn)單變形，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

具體的，第一耦合線LINE2與第二耦合線LINE3寬度相等，第一饋線LINE4與第二饋線LINE5寬度相等，LINE1的寬度W₁與通帶內(nèi)傳輸極點(diǎn)的個(gè)數(shù)和傳輸極點(diǎn)之間的距離有關(guān)。參考圖4中實(shí)線所示即為常規(guī)預(yù)設(shè)寬度，此時(shí)W₁＝0.2mm，當(dāng)線寬W₁較小時(shí)，只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)傳輸極點(diǎn)。隨著寬度W₁的增加，會(huì)逐漸顯現(xiàn)出兩個(gè)傳輸極點(diǎn)，并會(huì)向兩側(cè)遠(yuǎn)離。這樣設(shè)計(jì)的三線巴倫相比之前的設(shè)計(jì)就可以獲得一個(gè)較大的帶寬。

可見(jiàn)，為獲得較大的帶寬，需要選擇較大的寬度W₁，但是這樣會(huì)對(duì)平衡輸出產(chǎn)生影響。如圖5、6中實(shí)線所表示的，如果L₂＝L₃，L₄＝L₅，則平衡輸出是不能滿足要求的。而本發(fā)明通過(guò)調(diào)整L₂和L₄的長(zhǎng)度可以補(bǔ)償該結(jié)構(gòu)的平衡性。如圖5，顯示出了固定L₂長(zhǎng)度為12.8mm時(shí)增加L₃長(zhǎng)度的結(jié)果，圖6，顯示出了固定L₅的長(zhǎng)度為2.6mm時(shí)增加L₄長(zhǎng)度的結(jié)果。表1中給出了圖3中各個(gè)標(biāo)記參數(shù)的具體大小，同時(shí)從上到下的每層的間距分別是0.2mm、0.5mm、0.2mm、0.2mm、0.5mm、0.2mm。

表1：圖3中的參數(shù)取值

為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，將加工好的巴倫貼片裝配在測(cè)試基板上，并通過(guò)安捷倫的N5320A網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)測(cè)試。圖7給出了仿真和測(cè)試的頻率響應(yīng)結(jié)果。這款中心頻率在2.1GHz的三線巴倫可以在-15dB獲得一個(gè)58％的相對(duì)帶寬，面積大小為4.6mm×4.7mm(0.078λ_g×0.079λ_g)，同時(shí)在整個(gè)通帶內(nèi)的插入損耗都是小于3+0.8dB。從圖中可以看出測(cè)試結(jié)果和仿真吻合的較好，除了裝配的問(wèn)題導(dǎo)致帶寬上存在些誤差。

圖8給出了一對(duì)輸出端口P2、P3的相頻、幅頻特性在通帶內(nèi)的差值，可以看出巴倫的相位不平衡只有180°±2.5°；幅度不平衡最大只有0.35dB。可見(jiàn)，本發(fā)明的巴倫在帶寬、體積和平衡響應(yīng)都有較好的效果。

綜上所述，實(shí)施本發(fā)明的寬帶三線巴倫，具有以下有益效果：本發(fā)明增加三線巴倫中心金屬線的寬度，獲得了兩個(gè)傳輸極點(diǎn)，提高三線巴倫的工作帶寬，而且一方面通過(guò)設(shè)定第二耦合線比第一耦合線長(zhǎng)第一補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償幅度使平衡信號(hào)的振幅相等，另一方面通過(guò)設(shè)定第一饋線比第二饋線長(zhǎng)第二補(bǔ)償長(zhǎng)度，以補(bǔ)償相位使平衡信號(hào)的相位相反，最終實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的小體積的同時(shí)維持巴倫的寬帶平衡性輸出。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。