[实用新型]一种叠层蜿蜒结构的宽带低损耗片上无源巴伦

说明书

技术领域

本实用新型涉及宽带无源巴伦，尤其涉及一种叠层蜿蜒结构的宽带低损耗片上无源巴伦，适用于毫米波电路。

背景技术

在无线接收和发射系统中，通常需要采用巴伦进行单端信号与差分信号的转换。例如，将天线接收的单端信号转换成差分信号连接至低噪声放大器，或是将差分信号转换成单端信号连接至天线发射出去。巴伦是完成单端信号与差分信号转换功能的电路器件，其设计难点在于如何保证良好的幅度平衡、相位平衡以及较低的插入损耗等。

传统结构巴伦主要是Marchand结构巴伦和螺旋结构变压器巴伦。图1(a)所示结构为最基本的巴伦结构，由两段四分之一波长的金属耦合线a和b构成。信号从端口1输入，理论上，在耦合效果理想的情况下，端口2和端口3处输出信号幅度为输入信号幅度的一半，相位分别超前输入信号90度和滞后90度。图1(b)所示结构为Marchand结构巴伦，对图1(a)中的巴伦进行了改进，为了获得宽带特性，引入开路短截线c和短路短截线d作为补偿，具有较低的插入损耗，但其幅度平衡和相位平衡的设计相对比较困难。由于Marchand结构巴伦由两组四分之一波长金属耦合线组成，在设计时尺寸相对较大。图2(a)所示结构为螺旋结构变压器巴伦，具有良好的幅度平衡度和相位平衡度，但其衬底的涡流效应大，导致插入损耗比较大，通常S21<-5dB。而且几何结构相对复杂，线圈之间存在交叉，如图2(b)所示，交叉线必须通过不同层金属桥接,难以保证几何机构完全对称，进而恶化幅度平衡度和相位平衡度，尤其在高频时，交叉部分桥接的影响更加严重。

发明内容

本实用新型克服现有技术之不足，提供一种叠层蜿蜒结构宽带低损耗片上无源巴伦，技术方案如下：一种叠层蜿蜒结构的宽带低损耗片上无源巴伦，其特征在于：设有三层金属导线，各层导线之间设有绝缘介质层，第一层金属导线为次级导线，第二层金属导线为初级导线，第三层金属导线为地线，各层导线的首、尾端之间均呈U形连续的折弯蜿蜒结构，U形折弯为奇数，所有U形折弯的几何形状完全一致，以导线的首、尾端之间的中心U形折弯为基准，左右两侧的U形折弯完全对称，三层金属导线层叠后，各层的U形折弯之间一一对应，将第一层次级导线首、尾端之间的中点断开，构成不连续的左右两段U形折弯，不平衡端单端信号连接初级导线首端，初级导线尾端连接至地线，次级导线的首、尾端均接地线，与次级导线首端同一段导线的断开点为正相信号输出端，与次级导线尾端同一段导线的断开点为反相信号输出端。

所说第一层与第二层金属导线之间的绝缘介质层厚度小于第二层与第三层金属导线之间的绝缘介质层厚度（第一层与第二层金属导线之间的绝缘介质层厚度在制造工艺允许的情况下尽量小，第二层与第三层金属导线之间的绝缘介质层厚度视具体性能要求可加以调整）；第三层金属导线的宽度≥第一、第二层金属导线的宽度。

本实用新型的优点及显著效果：

（1）降低了插入损耗。本实用新型采用宽边耦合，其中第三层地线与初级导线形成微带结构，以降低初级导线与衬底之间的电磁耦合，从而大幅度减小非平衡端信号的衰减。见图8。 

（2）减小了涡流效应。本实用新型采用蜿蜒结构，与传统的螺旋结构比较，大幅度减小衬底涡流效应，从而降低衬底损耗。

（3）拓展了带宽。见图8。

（4）增加了匹配带宽。本实用新型在较宽频带内匹配到50欧姆，见图9。

（5）几何结构简单且完全对称。幅度和相位的平衡度高，见图11和图12。

附图说明

图1(a)是简单耦合线巴伦示意图；

图1(b)是传统Marchand结构巴伦的等效电路示意图；

图2(a)是传统螺旋结构变压器巴伦平面图；

图2(b)是传统螺旋结构变压器巴伦三维立体结构图；

图3(a)是本实用新型巴伦的等效电路示意图；

图3(b)是本实用新型巴伦的应用电路示意图；

图4是本实用新型巴伦的三维立体结构图；

图5是本实用新型巴伦的第一层金属导线（次级导线）俯视图；

图6是本实用新型巴伦的第二层金属导线（初级导线）俯视图；

图7是本实用新型巴伦的第三层金属导线（地线）俯视图；

图8是本实用新型巴伦的插入损耗曲线；

图9是本实用新型巴伦的输入匹配曲线；

图10是本实用新型巴伦的平衡端相位曲线；

图11是本实用新型巴伦的平衡端幅度平衡度曲线；

图12是本实用新型巴伦的平衡端相位平衡度曲线。