集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器

摘要

本发明提出集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器(lumped constant compensated high/low pass balun)，适合应用于微波积体电路(MIC)及单晶微波积体电路( MMIC)中混波器、相位检测器、调变器、解调变器、推挽式放大器和天线馈送等电路设计。本发明的基本原理是利用两组集总常数高通与低通滤波器合成－微波变压器，亦即平衡至不平衡转换器(balun)。其中一组高通与低通滤波器提供宽频相位差的特性,其振幅不平衡则可藉另一滤波器组予以补偿。本发明电路的主要优点是取代巨大或非平面式的分布常数(distributed constant)平衡至不平衡转换器(balun)或取代传统变压器，使混波器等微波电路设计可以全集总元件制作，此在单晶微波积体电路的应用尤为重要。

主权项

1.一种以集总常数补偿式高、低通平衡至不平衡转换器架构,其系包含一个不平衡单端型信号埠、一个平衡信号埠、第一组高通滤波器、低通滤波器、第二组补偿高通滤波器/补偿低通滤波器。2.如申请专利范围第1项之集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器架构,其中之高通/低通滤波器电路之组合,可并联若干级型或T型电感、电容网路串而成。3.如申请专利范围第1项之集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器架构,其中之不平衡信号埠输入端并联第一组高通/低通滤波器;第一组高通滤波器之输出端处再并联第二组补偿滤波器组之低通滤波器至地;第一组低通滤波器之输出端处再并联第二组补偿滤波器组之高通滤波器至地面,此二输出端即为平衡信号埠。4.如申请专利范围第1项之集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器架构,系由n个平衡至不平衡转换器并联,而形成“1对2n平衡至不平衡转换器"。5.一种以集总常数补偿式高、低通平衡至不平衡转换器架构,其系于不平衡信号埠输入端由第一组型高通滤波器,型低通滤波器并联,于平衡信号埠输出端,采用并联第二组补偿型高通滤波器、型低通滤波器至地面形式完成之平衡至不平衡转换器架构之电路。6.如申请专利范围第5项之集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器架构,系由n个平衡至不平衡转换器并联,而形成“1对2n平衡至不平衡转换器"。7.一种以集总常数补偿式高、低通平衡至不平衡转换器架构,于不平衡信号埠输入端由第一组T理高通滤波器、T型低通滤波器并联,于平衡信号埠输出端采用并联第二组补偿T型高通滤波器、T型低通滤波器至地面形式完成之平衡至不平衡转换器架构之电路。8.如申请专利范围第7项之集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器架构,系由n个平衡至不平衡转换器并联,而形成“1对2n平衡至不平衡转换器"。9.一种以集总常数补偿式高、低通平衡至不平衡转换器架构,于不平衡信号埠输入端由第一组T型高通滤波器、型低通滤波器并联,于平衡信号埠输出端,采用并联第二组补偿型低通滤波器、T型高通滤波器至地面形式完成之平衡至不平衡转换器架构之电路。10.如申请专利范围第9项之集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器架构,系由n个平衡至不平衡转换器并联,而形成“1对2n平衡至不平衡转换器"。11.一种以集总常数补偿式高、低通平衡至不平衡转换器架构,于不平衡信号埠输入端由第一组型高通滤波器、T型低通滤波器并联,于平衡信号埠输出端采用并联第二组补偿T型低通滤波器、型高通滤波器至地面形式完成之平衡至不平衡转换器架构之电路。12.如申请专利范围第11项之集总常数补偿式高低通平衡至不平衡转换器架构,系由n个平衡至不平衡转换器并联,而形成“1对2n平衡至不平衡转换器"。图式简单说明:第一图平衡至不平衡转换器(balun)之示意图8...平衡至不平衡转换器阻抗(Balun Zt)9...不平衡端阻抗(RS)10...平衡端阻抗(RL)11...不平衡传输线(Unbalanced line)12...平衡传输线(Balanced line)(Zt2=RSRL)平衡至不平衡转换器阻抗値与不平衡/平衡阻抗之数学关系第二图高/低通平衡至不平衡转换器(high/Iow passfilter balun)示意图1..高通滤波器(High pass filter)2..低通滤波器(Low pass filter)3..高/低通滤波器(High Low pass filter)4..RL平衡端阻抗(RL balanced impedance)5..Rs不平衡端阻抗(Rs unbalanced impedance)第三图补偿式高/低通平衡至不平衡转换器(compensated high/Iow pass balun)6..高通补偿滤波器(compenasted High pass filter)7..低通补偿滤波器(compenasted Low pass filter)第四图型及T型集总常数低通滤波器(a)型集总常数低通滤波器原型(b)T型集总常数低通滤波器原型13..型低通滤波器基本单元(Pitype basic section of LPF)14..T型低通滤波器基本单元(T type basic section of LPF)第五图型及T型集总常数高通滤波器(a)型集总常数高通滤波器原型(b)T型集总常数高通滤波器原型15..型高通滤波器基本单元(Pitype basic section of HPF)16..T型高通滤波器基本单元(T type basic section of HPF)第六图型及T型准传输线(quasi-transmission line)转换集总常数低通滤波器之示意图17..jZ0sin() 18..jY0tan(/2)19..jY0tan(/2) 20..L=jX21..C/2=jB/2 22..C/2=jB/223..jZ0tan(/2) 24..jZ0tan(/2)25..jY0sin() 26..L/2=jX/227..L/2=jX/2 28..C=jB第七图一至三阶50转换100之平衡至不平衡转换器(balun)模拟特性(a)一阶平衡至不平衡转换器之介入损耗(insertionloss) N=1(b)二阶平衡至不平衡转换器之介入损耗N=2(c)三阶平衡至不平衡转换器之介入损耗N=3(d)回返损耗(return loss)▆..N=1 ●..N=2 ○..N=3(e)振幅平衡(amplitude balance)..N=1 ○..N=2 ..N=3(f)相位平衡(phase difference)..N=1 ○..N=2 ..N=3第八图二阶50转换100之平衡至不平衡转换器量测特性(a)介入损耗(insertion loss)起始0.045000000GHz结束2.500000000GHz(b)振幅平衡(amplitude blance)起始0.045000000GHz结束2.500000000GHz(c)相位平衡(phase difference)起始0.045000000GHz结束2.500000000GHz第九图型补偿式高低通平衡至不平衡转换器之电路图29...补偿式型低通滤波器30...型高通滤波器31...型低通滤波器32...补偿式型高通滤波器11...不平衡传输线(Unbalanced line)12...平衡传输线(Balanced line)第十图TT型补偿式高低通平衡至不平衡转换器之电路图33...补偿式T型低通滤波器34...T型高通滤波器35...T型低通滤波器36...补偿式T型高通滤波器11...不平衡传输线(Unbalanced line)12...平衡传输线(Balanced line)第十一图T型补偿式高低通平衡至不平衡转换器之电路图29...补偿式型低通滤波器34...T型高通滤波器31...型低通滤波器36...补偿式T型高通滤波器11...不平衡传输线(Unbalanced line)12...平衡传输线(Balanced line)第十二图T型补偿式高低通平衡至不平衡转换器之电路图33...补偿式T型低通滤波器30...型高通滤波器35...T型低通滤波器32...补偿式型高通滤波器11...不平衡传输线(Unbalanced line)12...平衡传输线(Balanced line)第十三图对偶式平衡至不平衡转换器(dual balun)之示意图37...不平衡传输线埠(1/P)38...第一对平衡传输线正端埠(O/P1+)39...第一对平衡传输线负端埠(O/P1-)40...第n对平衡传输线正端埠(O/Pn+)41...第n对平衡传输线负端埠(O/Pn-)42...平衡端负载(RL load impedance)43...第一对具Zt系统阻抗之平衡至不平衡转换器(The first single balun with impedance Zt)44...第n对具Zt系统阻抗之平衡至不平衡转换器(Thenth single balun with impedance Zt)45...不平衡端系统阻抗(Rs source impedance)平衡至不平衡转换阻抗値与不平衡/平衡阻抗之数学关系(Zt2=nRSRL)第十四图高通与低通滤波器并联形成的三端网路6..高通补偿滤波器(compenasted High pass filter)7..低通补偿滤波器(compenasted Low pass filter)46..不平衡埠(unbalance port)47..平衡埠(Balance port)48..180度反相功率分配器(Out-of-phase power splitter)第十五图电路之本电路之模拟特性(a)显示振幅输出▆..低通滤波器 (LPF_arm)●..高通滤波器 (HPF_arm)(b)为模拟之相位不平衡图▆..低通滤波器 (LPF_arm)●..高通滤波器 (HPF_arm)第十六图微电路之量测特性(a)补偿式高/低通平衡至不平衡转换器之介入损耗(insertion loss)与回返损耗(return loss)▆..低通滤波器 (LPF_arm)●..高通滤波器 (LPF_arm)(b)补偿式高/低通平衡至不平衡转换器之相位第十七图双平衡混波器(DBM)之设计示意图第十八图双平衡混波器(DBM)之相片第十九图双平衡混波器(DBM)之性质(a)模拟转换损耗(simulated conversion loss)(b)本振/射频隔离度(LO/RF isolation)第二十图双平衡单晶微波积体电路混波器之模拟转换损耗与隔离度..本振/中频隔离度(LO/IF isolation)○..本振/射频隔离度(LO/RF isolation)●..转换损耗第二十一图双平衡混波器之中频频宽射频(RF)=4GHz本振(LO)=17.5dBm第二十二图补偿式双平衡混波器之示意图第二十三图完整之补偿式双平衡混波器照片第二十四图补偿式双平衡混波器之性质(a)模拟转换损耗(simulated conversion loss)(b)本振/射频隔离度(LO/RF isolation)第二十五图补偿式双平衡单晶微波积体电路混波器之转换损耗与隔离度..本振/中频隔离度(LO/IF isolation)○..本振/射频隔离度(LO/RF isolation)●..转换损耗第二十六图补偿式双平衡混波器之中频频宽混波射频(RF)=3GHz