[发明专利]一种紧凑型多线Marchand平面巴伦装置

说明书

本发明公开了一种Marchand平面巴伦装置，该Marchand平面巴伦装置的电路结构中在主传输线输入端、末端、左耦合线和右耦合线接地位置并联MIM电容到底，从而缩短了传输线长度，显著减少了巴伦尺寸；左耦合线以及右耦合线并联电容接地位置，均上下对称地并联两个MIM电容，电容下极板连接到接地金属面上。该接地金属面通过上下两个对称的接地过孔，贯通介质基板，连接介质基板背后的金属地，降低了互联寄生电感，从而提高了电路的工作频率和带宽，并保证了电路良好的的幅度平衡度和相位平衡度。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种紧凑型多线Marchand平面巴伦电路。

背景技术

巴伦(Balun)是一种实现平衡到非平衡的转换电路。在早期，微波巴伦电路主要应用于天线的馈电系统，后来，这个概念又被推广引入到了电路设计中。随着现代通信、测量和电子对抗等应用领域对宽带电路日益增长的需求，巴伦作为推挽功率放大器、倍频器、平衡式混频器中的关键元件，其研制也取得了长足的进步。在宽带无源双平衡混频器的设计中，巴伦的性能将直接影响到混频器整体的性能，尤其是混频器的带宽受其制约很大，所以设计一个工作特性良好的宽带巴伦是双平衡混频器的核心任务之一。

巴伦可以分成有源巴伦和无源巴伦两大类。有源巴伦在很小的尺寸内就可以提供非常宽的带宽和一定的增益，但是使用有源巴伦会限制后面的放大器、倍频器或者混频器整体的动态范围，并增加了额外功耗。无源巴伦不用消耗任何直流供电，带宽可以做到较宽，性能稳定，而且线性度好。在无源巴伦中，传输线巴伦作为一种传输不平衡信号—平衡信号的关键器件，在微波电路和通信系统中扮演着极其重要的角色，从巴伦的理论被提出以来就有研究提出了各种各样的结构。经几十年的发展，Marchand巴伦因为其自身出色的平衡特性而被广泛应用，人们已经根据不同的应用场合提出了该结构不同的实现方式，如同轴线形式，带状线形式，耦合微带线形式等。为了进一步增加巴伦的耦合度，后面还陆续研制出了双边耦合、多边耦合和宽边耦合的Marchand巴伦。在平面电路设计中使用三线耦合结构代替二线耦合结构进行仿真可以提高耦合度，并同时可以增大带宽。但是，在平面电路中，传统的Marchand平面巴伦电路由两个四分之一波长的耦合线构成，如图1所示。其长度与工作信号的波长成正比，当用于集成电路中时需要占用较多芯片面积，提高了生产和使用成本。随着单片集成电路发展，电路的设计进一步趋于小型化，对巴伦小型化的要求也越来越高，现有技术中出现了基于螺旋线变压器结构的Marchand平面巴伦，该巴伦通过传输线的大量弯折能够有效地减小巴伦的整体面积，解决无源巴伦集成困难的缺点。但是，其寄生效应明显，受自谐振频率的限制只能用在微波频率的低频频段，同时这种巴伦的损耗较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种紧凑的小型化Marchand平面巴伦电路，并能适用于毫米波频段，同时保持较低损耗。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种紧凑型多线Marchand平面巴伦装置，所述Marchand平面巴伦电路包括第一传输线1及第二传输线2，在第一传输线1两侧布置有第一耦合线3和第二耦合线4，在第二传输线2两侧布置有第三耦合线5和第四耦合线6，所述第一传输线1一端与输入端7连接，在输入端7即第一传输线1入口并联第一电容C1，且第一电容C1接地；第一传输线1的另一端与第二传输线2连接，所述第二传输线的另一端与接地端之间并联第二电容C2。

所述第一耦合线3和第二耦合线4靠近输入端的一侧并联第三电容C3和第四电容C4到地，所述第一耦合线3与第二耦合线4的另一端连接第一输出端8。

所述第三耦合线5和第四耦合线6靠近第二传输线2接地端的一侧并联第五电容C5和第六电容C6到地，所述第三耦合线5和第四耦合线6的另一端连接第二输出端9。

在一个实施例中，所述第一电容C1至第六电容C6使用MIM单层电容、MIM多层电容或依靠传输线缝隙耦合的交趾电容。