一種傳輸線平衡器和功放阻抗匹配電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種傳輸線平衡器和功放阻抗匹配電路，所述傳輸線平衡器由三層介質(zhì)層和兩層帶狀線的導(dǎo)帶組成，上層導(dǎo)帶為U型結(jié)構(gòu)，下層導(dǎo)帶為螺旋線結(jié)構(gòu)，上層導(dǎo)帶通過射頻強(qiáng)耦合，將所述下層導(dǎo)帶的信號耦合至所述上層導(dǎo)帶，平均輸出到所述上層導(dǎo)帶的兩個輸出端口，使上層導(dǎo)帶的兩個端口可以根據(jù)與其相連接的功放端口的阻抗值任意改變其阻抗，從而實現(xiàn)寬范圍的阻抗匹配，達(dá)到與功放匹配的要求；將所述傳輸線平衡器應(yīng)用到功放阻抗匹配電路中，匹配電路無需額外的阻抗變換就可以很好地匹配到功放端的阻抗值，驅(qū)動兩路相互獨(dú)立的功率放大器，從而有效的減少匹配電路中的匹配電容和隔直電容等元器件，提高功放的集成度。
【專利說明】—種傳輸線平衡器和功放阻抗匹配電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】中射頻技術(shù)，特別涉及一種傳輸線平衡器和功放阻抗匹配電路。

【背景技術(shù)】
[0002]在大功率射頻應(yīng)用中，單個功率放大器的功率輸出能力有限，需要對多個功率放大器進(jìn)行功率合成。利用推挽結(jié)構(gòu)進(jìn)行功率分配是一種常用的功率分配合成方法。
[0003]傳輸線平衡器即Balancing Device，其主要作用是完成由單端傳輸(如同軸線、微帶線)變換為差分傳輸(如半波振子天線、推挽電路)之間的轉(zhuǎn)換，又稱為平衡-不平衡變換器即Balance-Unbalance,英文將其合并縮寫成為一個新詞Balun,音譯為巴倫,下文中將統(tǒng)稱為傳輸線平衡器。傳輸線平衡器是推挽結(jié)構(gòu)功率分配合成方法的核心部件，目前市場上常用的傳輸線平衡器是非平面結(jié)構(gòu)的同軸線平衡器，其可實現(xiàn)的阻抗變換能力有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的在于提供了一種傳輸線平衡器，以解決現(xiàn)有非平面結(jié)構(gòu)的同軸線平衡器阻抗變換能力有限的問題。
[0005]本發(fā)明的另一個目的在于提供了一種功放阻抗匹配電路，以利用推挽結(jié)構(gòu)進(jìn)行功率分配，實現(xiàn)寬范圍的阻抗匹配。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—方面，本發(fā)明實施例提供一種傳輸線平衡器，所述傳輸線平衡器由三層介質(zhì)層和兩層平行的帶狀導(dǎo)帶組成；其中，上層導(dǎo)帶為U型結(jié)構(gòu)，下層導(dǎo)帶為螺旋線結(jié)構(gòu)，
[0008]所述上層導(dǎo)帶敷在中間介質(zhì)層的上面，所述下層導(dǎo)帶敷在中間介質(zhì)層的下面，另外上下兩層介質(zhì)層包覆并固定所述上、下層導(dǎo)帶以及中間介質(zhì)層；
[0009]所述上層導(dǎo)帶通過射頻強(qiáng)耦合，將所述下層導(dǎo)帶的信號耦合至所述上層導(dǎo)帶，并平均輸出到所述上層導(dǎo)帶的U型結(jié)構(gòu)的兩個端口。
[0010]優(yōu)選的，所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)的長度為射頻信號的波長的四分之一。
[0011]優(yōu)選的，所述上層導(dǎo)帶的U型結(jié)構(gòu)覆蓋所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)。
[0012]其中，所述上層導(dǎo)帶的U型結(jié)構(gòu)的兩個端口輸出的射頻信號的幅度相等，相位相差 180。。
[0013]優(yōu)選的，所述傳輸線平衡器設(shè)置在印刷電路板中，其中上層導(dǎo)帶印刷在中間介質(zhì)層的上面，下層導(dǎo)帶印刷在中間介質(zhì)層的下面。
[0014]上述技術(shù)方案實現(xiàn)的傳輸線平衡器，其上層導(dǎo)帶通過射頻強(qiáng)耦合，將下層導(dǎo)帶的信號耦合至上層導(dǎo)帶，平均輸出到上層導(dǎo)帶的兩個輸出端口，使上層導(dǎo)帶的兩個輸出端口可以根據(jù)與其相連接的功放端口的阻抗值任意改變其阻抗，從而實現(xiàn)寬范圍的阻抗匹配，達(dá)到與功放匹配的要求。
[0015]另一方面，本發(fā)明實施例提供一種功放阻抗匹配電路，包括:上述的傳輸線平衡器T，偏置電路，補(bǔ)償電路，以及兩個相同的場效應(yīng)晶體管V1、V2 ；
[0016]所述傳輸線平衡器T的一輸入端接入射頻信號，另一輸入端接地；
[0017]所述場效應(yīng)晶體管V1、V2的漏極端分別輸出射頻信號，源極端分別接地；
[0018]所述傳輸線平衡器T的兩個輸出端分別連接所述場效應(yīng)晶體管V1、V2的柵極端，用于對所述場效應(yīng)晶體管V1、V2進(jìn)行阻抗匹配和功率分配；
[0019]所述偏置電路，接入所述傳輸線平衡器T的一個輸出端，用于為所述場效應(yīng)晶體管V1、V2提供工作電壓；
[0020]所述補(bǔ)償電路，接在所述傳輸線平衡器T的兩個輸出端與所述場效應(yīng)晶體管V1、V2的兩個柵極端之間，用于改善傳輸線平衡器T的兩個輸出端輸出信號的平衡度，增加兩個輸出端之間的隔離度。
[0021]需要說明的是，下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)的兩個端口作為所述傳輸線平衡器T的接入射頻信號的兩個輸入端；
[0022]所述上層導(dǎo)帶的U型結(jié)構(gòu)的兩個端口作為所述傳輸線平衡器T的兩個輸出端。
[0023]其中，所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)的外端作為所述傳輸線平衡器T的接入射頻信號的輸入端；所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)的里端通過打通孔的方式接地作為所述傳輸線平衡器T的接地的輸入端。
[0024]具體的，所述補(bǔ)償電路包括第一電阻Rl和第一電容Cl，所述第一電阻Rl和所述第一電容Cl并聯(lián)連接在所述傳輸線平衡器T的兩個輸出端與所述場效應(yīng)晶體管V1、V2的柵極端的兩個連接點(diǎn)之間。
[0025]所述偏置電路包括輸入電壓源Vgg、偏置電阻R2、第二電容C2和第三電容C3 ；
[0026]所述第二電容C2和第三電容C3為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端連接所述輸入電壓源Vgg，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的另一端接地；
[0027]所述偏置電阻R2的一端連接所述輸入電壓源Vgg，另一端接入所述傳輸線平衡器T的一個輸出端。
[0028]上述技術(shù)方案實現(xiàn)的功放阻抗匹配電路，利用上述傳輸線平衡器的上層導(dǎo)帶兩個輸出端口輸出信號的幅度相等，相位相差180°的特性，實現(xiàn)推挽結(jié)構(gòu)形式，從而使功放阻抗匹配電路無需額外的阻抗變換就可以很好地匹配到功放端的阻抗值，驅(qū)動兩路相互獨(dú)立的功率放大器，能夠有效的減少匹配電路中的匹配元器件，提高功放的集成度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種傳輸線平衡器的上、下層導(dǎo)帶的示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種功放阻抗匹配電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0031]圖3為本發(fā)明實施例二提供的一種功放阻抗匹配電路的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0033]實施例一
[0034]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種傳輸線平衡器的示意圖，所述傳輸線平衡器T為一種帶狀線的強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，由三層介質(zhì)層和兩層平行的帶狀導(dǎo)帶組成；其中，上層導(dǎo)帶UL為U型結(jié)構(gòu)，下層導(dǎo)帶LL為螺旋線結(jié)構(gòu)，
[0035]上層導(dǎo)帶UL敷在中間介質(zhì)層的上面，下層導(dǎo)帶LL敷在中間介質(zhì)層的下面，另外上、下兩層介質(zhì)層包覆并固定所述上、下層導(dǎo)帶以及中間介質(zhì)層；
[0036]上層導(dǎo)帶UL通過射頻強(qiáng)耦合，將下層導(dǎo)帶LL的信號耦合至上層導(dǎo)帶UL，并平均輸出到上層導(dǎo)帶UL的U型結(jié)構(gòu)的兩個端口 3、4。
[0037]優(yōu)選的，下層導(dǎo)帶LL的螺旋線結(jié)構(gòu)的長度為射頻信號的波長的四分之一，以使得下層導(dǎo)帶LL中的射頻信號能夠全部耦合至上層導(dǎo)帶UL中。
[0038]優(yōu)選的，上層導(dǎo)帶UL的U型結(jié)構(gòu)覆蓋下層導(dǎo)帶LL的螺旋線結(jié)構(gòu)，以使上、下層導(dǎo)帶耦合效果最好。
[0039]其中，上層導(dǎo)帶的U型結(jié)構(gòu)的兩個端口輸出的射頻信號的幅度相等，相位相差180。。
[0040]在實際應(yīng)用中，所述傳輸線平衡器設(shè)置在印刷電路板中，由上至下包括:上層介質(zhì)層、上層導(dǎo)帶、中間介質(zhì)層、下層導(dǎo)帶、下層介質(zhì)層，其中上層導(dǎo)帶印刷在中間介質(zhì)層的上面，下層導(dǎo)帶印刷在中間介質(zhì)層的下面；其中上層導(dǎo)帶UL以及下層導(dǎo)帶LL為銅片或銅箔，上、下兩層介質(zhì)層包覆并用螺釘固定上、下層導(dǎo)帶以及中間介質(zhì)層。
[0041]上述方案所述的傳輸線平衡器T的下層導(dǎo)帶LL的螺旋線結(jié)構(gòu)的外端I匹配到標(biāo)準(zhǔn)的50Ω阻抗，上層導(dǎo)帶UL的兩個端口 3、4可以根據(jù)與其相連接的功放端口的阻抗值任意改變其阻抗，從而實現(xiàn)寬范圍的阻抗匹配，達(dá)到與功放匹配的要求。
[0042]實施例二
[0043]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種功放阻抗匹配電路的結(jié)構(gòu)框圖，該功放阻抗匹配電路包括:實施例一中所述的傳輸線平衡器T，偏置電路21，補(bǔ)償電路22，以及兩個相同的場效應(yīng)晶體管V1、V2。
[0044]傳輸線平衡器T的一輸入端Pl接入射頻信號，另一輸入端P2接地；
[0045]場效應(yīng)晶體管V1、V2的漏極D端分別輸出射頻信號，源極S端分別接地；
[0046]傳輸線平衡器T的兩個輸出端P3、P4分別連接場效應(yīng)晶體管V1、V2的柵極G端，用于對場效應(yīng)晶體管V1、V2進(jìn)行阻抗匹配和功率分配；
[0047]偏置電路21，接入傳輸線平衡器T的一個輸出端P3或P4(圖中偏置電路21接入傳輸線平衡器T的輸出端P3)，用于為所述場效應(yīng)晶體管V1、V2提供工作電壓。
[0048]其中，下層導(dǎo)帶LL的螺旋線結(jié)構(gòu)的外端I作為傳輸線平衡器T的輸入端Pl ;上層導(dǎo)帶UL的U型結(jié)構(gòu)的兩個端口 3、4分別作為傳輸線平衡器T的兩個輸出端P3、P4 ;下層導(dǎo)帶LL的螺旋線結(jié)構(gòu)的里端2通過打通孔的方式接地作為傳輸線平衡器T的接地端P2，以使得下層導(dǎo)帶LL能夠?qū)⑷啃盘栺詈现辽蠈訉?dǎo)帶UL中，平衡輸出。
[0049]需要說明的是，傳輸線平衡器T的輸出端P3、P4輸出的信號理論上，幅度相等，相位相反，實際上由于帶裝導(dǎo)帶介質(zhì)的不均勻會產(chǎn)生不平衡。
[0050]補(bǔ)償電路22，接在傳輸線平衡器T的兩個輸出端P3、P4與所述場效應(yīng)晶體管V1、V2的柵極G端的兩個連接點(diǎn)之間，用于改善傳輸線平衡器T的兩個輸出端P3、P4輸出信號的平衡度，增加其輸出端P3、P4之間的隔離度。
[0051]具體的，如圖3所示，補(bǔ)償電路22包括第一電阻Rl和第一電容Cl ；
[0052]第一電阻Rl和第一電容Cl的I端連接到傳輸線平衡器T的輸出端P3，其2端連接到傳輸線平衡器T的輸出端P4。
[0053]偏置電路21包括輸入電壓源Vgg、偏置電阻R2、第二電容C2和第三電容C3 ；
[0054]第二電容C2、第三電容C3以及偏置電阻R2的I端連接到輸入電壓源Vgg，第二電容C2、第三電容C3的2端接地，偏置電阻R2的2端連接到所述傳輸線平衡器T的輸出端P3。
[0055]在實際應(yīng)用中，補(bǔ)償電路21中的第一電容Cl的容值一般為幾十皮法，第一電阻Rl的阻值一般為十歐姆左右；所述偏置電阻R2的阻值一般為一百歐姆左右，第二電容C2的容值為一千皮法，第三電容C3的容值為一萬皮法。
[0056]上述技術(shù)方案，通過將傳輸線平衡器T應(yīng)用在功放輸入匹配電路中，從而使匹配電路無需額外的阻抗變換電路就可以很好的匹配到功放端口的阻抗值，驅(qū)動兩路相互獨(dú)立的功率放大器，減少匹配電路中的元器件數(shù)量，提高功放集成度。
[0057]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種傳輸線平衡器，其特征在于，所述傳輸線平衡器由三層介質(zhì)層和兩層平行的帶狀導(dǎo)帶組成；其中，上層導(dǎo)帶為I型結(jié)構(gòu)，下層導(dǎo)帶為螺旋線結(jié)構(gòu)， 所述上層導(dǎo)帶敷在中間介質(zhì)層的上面，所述下層導(dǎo)帶敷在中間介質(zhì)層的下面，另外上下兩層介質(zhì)層包覆并固定所述上、下層導(dǎo)帶以及中間介質(zhì)層； 所述上層導(dǎo)帶通過射頻強(qiáng)耦合，將所述下層導(dǎo)帶的信號耦合至所述上層導(dǎo)帶，并平均輸出到所述上層導(dǎo)帶的I型結(jié)構(gòu)的兩個端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線平衡器，其特征在于，所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)的長度為射頻信號的波長的四分之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線平衡器，其特征在于，所述上層導(dǎo)帶的I型結(jié)構(gòu)覆蓋所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸線平衡器，其特征在于， 所述上層導(dǎo)帶的I型結(jié)構(gòu)的兩個端口輸出的射頻信號的幅度相等，相位相差180。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的傳輸線平衡器，其特征在于，所述傳輸線平衡器設(shè)置在印刷電路板中，其中上層導(dǎo)帶印刷在中間介質(zhì)層的上面，下層導(dǎo)帶印刷在中間介質(zhì)層的下面。
6.—種功放阻抗匹配電路，其特征在于，包括:如權(quán)利要求1?4中任一項所述的傳輸線平衡器I，偏置電路，補(bǔ)償電路，以及兩個相同的場效應(yīng)晶體管V1、乂2 ； 所述傳輸線平衡器I的一輸入端接入射頻信號，另一輸入端接地； 所述場效應(yīng)晶體管V1、V〗的漏極端分別輸出射頻信號，源極端分別接地； 所述傳輸線平衡器I的兩個輸出端分別連接所述場效應(yīng)晶體管V1、\2的柵極端，用于對所述場效應(yīng)晶體管V1、V〗進(jìn)行阻抗匹配和功率分配； 所述偏置電路，接入所述傳輸線平衡器I的一個輸出端，用于為所述場效應(yīng)晶體管V1、^2提供工作電壓； 所述補(bǔ)償電路，接在所述傳輸線平衡器I的兩個輸出端與所述場效應(yīng)晶體管V1、\2的兩個柵極端之間，用于改善傳輸線平衡器I的兩個輸出端輸出信號的平衡度，增加兩個輸出端之間的隔離度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功放阻抗匹配電路，其特征在于， 所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)的兩個端口作為所述傳輸線平衡器I的兩個輸入端； 所述上層導(dǎo)帶的I型結(jié)構(gòu)的兩個端口作為所述傳輸線平衡器I的兩個輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功放阻抗匹配電路，其特征在于， 所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)的外端作為所述傳輸線平衡器I的接入射頻信號的輸入端； 所述下層導(dǎo)帶的螺旋線結(jié)構(gòu)的里端通過打通孔的方式接地作為所述傳輸線平衡器丁的接地的輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功放阻抗匹配電路，其特征在于， 所述補(bǔ)償電路包括第一電阻01和第一電容01，所述第一電阻01和所述第一電容并聯(lián)連接在所述傳輸線平衡器I的兩個輸出端與所述場效應(yīng)晶體管7112的柵極端的兩個連接點(diǎn)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功放阻抗匹配電路，其特征在于， 所述偏置電路包括輸入電壓源、偏置電阻以、第二電容02和第三電容03 ； 所述第二電容02和第三電容03為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端連接所述輸入電壓源 并聯(lián)結(jié)構(gòu)的另一端接地； 所述偏置電阻以的一端連接所述輸入電壓源V狀，另一端接入所述傳輸線平衡器丁的一個輸出端。
【文檔編號】H03F3/26GK104362989SQ201410529720
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】鄧友富 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所