平衡－不平衡變換器、混頻器及使用它們的下變頻器的製作方法

2023-05-29 06:12:06

專利名稱：平衡－不平衡變換器、混頻器及使用它們的下變頻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及平衡-不平衡變換器、混頻器及使用此種平衡-不平衡變換器的一種下變頻器。
背景技術：
眾所周知，可以應用平衡-不平衡變換器在對稱傳輸線與不對稱傳輸線之間提供轉換。對於對稱傳輸線，由傳輸線運載的信號沒有作為基準電位的地。與之不同，不對稱傳輸線在一端有基準的地，所以由此種傳輸線運載的信號有地作為基準電位。所述的平衡-不平衡變換器往往應用在雙平衡混頻器或調製器等的輸入級或輸出級上。
從德國專利DE 197 29 761 A1中可以知道一種由四個互相耦合的平面導線構成的平衡-不平衡變換器，並示明於

圖1中。該平衡-不平衡變換器有兩個耦合器1和2，其每一個有兩條平面導線，即206、208；218、220在1/4波長的長度上耦合在一起。每一個耦合器設計成一種兩極點的帶通濾波器，耦合器1安排成一種開路配置，而耦合器2安排成一種短路配置。兩個1/4波長長度的耦合器連接一起，形成一個三埠的平衡-不平衡變換器，其連接點3用於不對稱信號，連接點4和5用於對稱信號。在開路配置的耦合器1中，兩條導線的相對端點6和7是不終接的。一條導線(206)的另一端8構成一個對稱連接點4，而另一條導線(208)的另一端9連接至閉路配置的導線耦合器2之一個端點上。後一個導線耦合器2中兩條導線的兩個相對端點10和11都接地，導線之一(220)的另一端12形成了對稱信號的再一個連接點5。兩個導線耦合器1和2中互相連接的兩個端點形成了連接埠3，用於不對稱信號。為了在導線之間實現緊耦合(例如3dB耦合)，平衡-不平衡變換器在製造中應用了多層技術。因此，製作成本高，這是比如GaAs單片集成電路大量生產中的一個問題。
上面說明的平衡-不平衡變換器是單一的平衡-不平衡變換器，所以不能應用在星形混頻器和調製器及單邊帶混頻器中。對此目的，必需應用一種雙重型平衡-不平衡變換器。這樣一種器件是RobertBosch(股份有限)公司於2000年2月23日提出的、共同未決的德國專利申請的項目，並如圖2中所示。
圖2的平衡-不平衡變換器由兩個三線相互交叉段組成。每一段的長度為1/4波長。第一段的第一和第三導線20和21在不平衡輸入埠22處接地，該第一和第三導線的另一端是平衡埠A和B的端子23和24。第二段的第一和第三導線25和26在一個端點27處接地，而這些導線的第二端是平衡埠A和B的端子28和29。中心導線15的一端連接至不平衡埠22上，其另一端保持於不終接狀態。此雙重型平衡-不平衡變換器之四個平衡埠的端子適合於對例如連接到星形混頻器中四個二極體上的元件進行激勵。這種混頻器的組成為純平面耦合的結構，可以用單層的印刷電路技術來實現。它的缺點在於，其總長度為半波長，對於使它擬定形成為一個微波單片集成電路(MMIC)之一部分來說，將佔用大的空間。
附圖描述現在，參考附圖，通過例子來說明本發明第一方面的一個實施例；附圖中圖1是已知的單個平衡-不平衡變換器的示意圖；圖2是已知的雙重型平衡-不平衡變換器的示意圖；圖3是按照本發明的雙重型平衡-不平衡變換器的示意圖；圖4是一個截面圖，示明了一種架空橋接式互聯結構；圖5是結合有一個旁通互連的一種微帶配置的平面圖；圖6是按照本發明結合有一個雙重型平衡-不平衡變換器的一種單片的單邊帶混頻器的電路圖；以及圖7是根據本發明結合有一個雙重型平衡-不平衡變換器的一種下變頻器的電路圖。
實施例詳述現在，參考圖3，按照本發明的一個雙重型平衡-不平衡變換器中包含7條導線30-36，每一條導線的長度等於該平衡-不平衡變換器工作的平均頻率所對應的1/4波長。中心線33的一端形成的連接點用於不平衡埠37(埠1)，其另一端通過連接至地而實現終接。第一和第二平衡埠(它們是埠2和埠3)分別由導線30、32和導線34、36的相應端點形成。導線32和34的另一端接地。夾在構成每個平衡埠的導線之間的是另一種導線(導線31和35)，它們在平衡埠一端是接地的。最後，導線30和36的不平衡埠一側由類同的帶狀部分分別連接至對應的導線31和35之一端上，而導線31、33和35在不平衡埠一側藉助於架空橋接37連接起來。
架空橋接的形成示明於圖4a和圖4b中。圖4a中，圖3上所示的導線31、32和33以基底60上的斜影線示明。為了形成架空橋接，使一種光致抗蝕劑62沉積在基底60上，然後將一種金屬化連接61沉積在光致抗蝕劑62和微帶31與33上。最後，將光致抗蝕劑清洗掉，留下空氣隙63(參見圖4b)。另一種取代架空橋接的方法是應用一種旁通互連，如圖5中所示明。這裡，應用薄膜製造技術將旁通線跡64沉積在承載有微帶30-60的基底(未示出)上。
圖3中所示的實施例表明，在以導線33為中心的平衡-不平衡變換器的兩個半個上，有對稱的導線寬度(參數w)和導線間距(參數S)。這種尺度可在兩個平衡埠間提供出相等的功率分配。如果特定的應用中需要有不相等的功率分配，則在兩個半個變換器之間可將這些參數做得不一樣。實踐中，本技術領域內一般人員根據公知的原理，導線寬度和導線間距的實際數值，由平衡-不平衡變換器上所連接的激勵電路和被激勵電路的匹配需要來確定。實際上，應用1980年7月IEEE Transactions，MTT-287(微波理論與技術-287)733-738頁中T.Itoh的論文「Spectral Domain Emittance Approach forDispersion Characteristics of Generalised PrintenTransmission Lines」內敘述的頻域分析技術，容易確定出這些參數的尺寸。至於平衡-不平衡變換器與外部電路的耦合，這樣一種平衡-不平衡器也可以用作一個匹配網絡，作為其它電路以及象這樣的平衡-不平衡器的接口裝置。此種場合下，平衡-不平衡變換器又起一個阻抗變換器的作用。
按照本發明之平衡-不平衡變換器的一種應用，示明於圖6中。圖6上，框40表示上述的雙重型平衡-不平衡變換器，它具有圖3中所示的導線30-60配置而形成埠1、2和3。埠2和3是平衡埠，其每一個饋電到由兩個二極體串接的一種裝置上。埠2上的二極體為41和42，埠3上的二極體為43和44。而對二極體裝置的連結點45和46分別連接低通濾波器47和48的輸入端及高通濾波器49和50的輸入端。低通濾波器47和48的輸出形成混頻器的中頻(IF)輸入埠51和52。因此，這類低通濾波器可以使埠51和52與混頻器內的高頻信號隔離開。輸入51是一個同相信號，而輸入52是一個與其正交的信號。所以，在高通濾波器49和50的輸入端上將分別出現一對邊帶信號，它們的頻率為fLO+fIF、fLO-fIF和fLO+fIF+90°、fLO-fIF+90°。高通濾波器(它們可以方便地由簡單的電容器來構成)的輸出饋送入一個90°的混合耦合器中，在所示的例子中它是一個Lange耦合器53。Lange耦合器53可應用來分離開上邊帶(USB)54和下邊帶(LSB)55。兩個邊帶的輸出都是不平衡型的，就象本地振蕩器輸入埠即埠1一樣。
低通濾波器對於本地振蕩器信號和高頻(RF)信號應優選地至少衰減20dB，對於中頻(IF)信號的衰減應小於0.3dB。相反，高通濾波器對於中頻信號應優選地衰減20dB，對於本地振蕩器信號和高頻信號的衰減應小於0.3dB。
混頻器中本地振蕩器與高頻輸入部分之間充分地隔離，通過安排二極體時使它們以奇模方式受到激勵來保證。(這使得埠1就高頻輸入而言呈現為地，二極體連結點45和46就本地振蕩器輸入而言呈現為地。)除了將高頻輸入信號(實際上它可能處在中頻頻率上)饋送入混頻器中外，低通濾波器47和48還可能轉送出使二極體加偏置所必需的直流電壓電平。取決於中頻信號的帶寬，濾波器47和48可以採用螺旋電感器的形式或者多極點濾波器的形式。
除了所示例的混頻器裝置之外，同樣的電路也可以應用作一個下變頻器。一種合適的下變頻器電路裝置示明於圖7中，其中，圖6中示明的混頻器電路由一個功能框70代表。然而，此時，混頻器的中頻輸入端現在是向一個附加的90°中頻混合器71饋電的輸出端。類似地，先前混頻器內90°混合(例如是Lange耦合器)中的輸出端54和55現在它們分別是高頻輸入信號和接地基準負載72的輸入端。最後，90°混合器71的輸出端之一形成了該下變頻器裝置的一個中頻輸出端，而其另一個輸出端由匹配負載73終接。(高頻輸入的鏡像頻率呈現在該輸出端上，並在該負載73中被吸收。)先前混頻器(這裡的框70)中的本地振蕩器輸入(LO)對於下變頻器來說仍然是本地振蕩的輸入端。
所說明的平衡-不平衡變換器、混頻器和下變頻器可以實現於MIC(微波集成電路)技術或MMIC(單片微波集成電路)技術。
權利要求
1.一種平衡-不平衡變換器，包含有七條相鄰放置的耦合導線(30-36)、一個不平衡型埠(埠1)及第一和第二平衡型埠(埠2和3)，其中，七條導線中的第二、第三和第四條導線(32、31和30)相鄰且順序地位於七條導線中的第一條導線(33)的一側，而第二條導線最鄰近第一條導線，又，七條導線中的第五、第六和第七條導線(34、35和36)相鄰且順序地位於第一條導線(33)的另一側，而第五條導線(34)最鄰近第一條導線，這些導線各具有相應的第一端點和相應的第二端點，第一條導線(33)的第一端點起不平衡埠(埠1)的作用，第一條導線(33)的第二端點連接至基準地，第一、第三、第四、第六和第七條導線(33、31、30、35和36)的第一端點依靠導電的互連裝置(37)互相連接一起，第三和第六條導線(31和35)的第二端點連接至基準地，第二和第五條導線(32和34)的第一端點連接至基準地，第二和第四條導線(32和30)的第二端點起第一平衡埠的作用，而第五和第七條導線(34和36)的第二端點起第二平衡埠的作用。
2.根據權利要求1的平衡-不平衡變換器，其中，每條導線的耦合長度大約等於該平衡-不平衡變換器平均工作波長的1/4。
3.根據權利要求1或2的平衡-不平衡變換器，其中，一個或多個互連裝置是一種架空橋接。
4.根據前面諸權利要求中任一個權利要求的平衡-不平衡變換器，其中，一個或多個互連裝置是一種旁通連接。
5.一種單邊帶混頻器裝置，包含有前面諸權利要求中任一個權利要求的平衡-不平衡變換器。
6.根據權利要求5的混頻器裝置，其中，不平衡埠(埠1)連接至本地振蕩器(LO)上；第一和第二平衡埠(埠1和2)分別連接至第一和第二二極體混頻器裝置(41、42和43、44)上；第一二極體混頻器裝置的輸出端(45)連接至第一高頻輸入埠(51)和90°混合器的第一輸入端上，第二二極體混頻器裝置的輸出端(46)連接至第二高頻輸入埠(52)和90°混合器的第二輸入端上，90°混合器的第一和第二輸出端分別構成了該混頻器裝置的上邊帶輸出端和下邊帶輸出端。
7.根據權利要求6的混頻器裝置，其中，每個二極體混頻器裝置中各包含一對串聯連接的二極體，它們跨接在相應的平衡埠上，而二極體混頻器的輸出端由兩個二極體之間的連結點構成。
8.根據權利要求6或7的混頻器裝置，其中，二極體混頻器裝置與高頻埠之間的連接通路上有各自的低通濾波器(47和48)。
9.根據權利要求6-8中任一個權利要求的混頻器裝置，其中，二極體混頻器裝置與90°混合器輸入端之間的連接通路中有各自的高通濾波器(49和50)。
10.根據權利要求6-9中任一個權利要求的混頻器裝置，其中，90°混合器是一個Lange耦合器(53)。
11.一種下變頻器裝置，包含有根據權利要求1-4中任一個權利要求的平衡-不平衡變換器。
12.根據權利要求11的下變頻器裝置，其中，不平衡埠連接至本地振蕩器信號源(LO)上；第一和第二平衡埠連接至各自的第一和第二二極體混頻器裝置(41、42和43、44)上；第一二極體混頻器裝置的輸出端(45)連接至第一中頻(IF)輸出埠(51)和第一90°混合器(53)的第一輸出端上，第二二極體混頻器裝置的輸出端(46)連接至第二中頻(IF)輸出埠(52)和第一90°混合器(53)的第二輸出端上；第一90°混合器的第一輸入端(54)構成下變頻器的高頻(RF)輸入埠，第一90°混合器的第二輸入端由負載(72)終接；第一和第二中頻(IF)輸出埠(51和52)分別連接至第二90°混合器(71)的第一和第二輸入端上，第二90°混合器的第一輸出端構成下變頻器的中頻(IF)輸出埠，而第二90°混合器的第二輸出端由負載(73)終接。
13.根據權利要求12的下變頻器裝置，其中，每個二極體混頻器裝置中各包含一對串聯連接的二極體(41、42和43、44)，它們跨接在相應的平衡埠上，而二極體混頻器的輸出端由兩個二極體之間的連結點(45和46)構成。
14.根據權利要求12或13中的下變頻器裝置，其中，二極體混頻器裝置與中頻(IF)埠之間的連接通路中有各別的低通濾波器(47和48)。
15.根據權利要求12-14中任一個權利要求的下變頻器裝置，其中，二極體混頻器裝置與第一90°混合器(53)之間的連接通路中有各自的高通濾波器(49和50)。
16.根據權利要求12-15中任一個權利要求的下變頻器裝置，其中，第一和/或第二90°混合器(53、71)是Lange耦合器。
全文摘要
一種平衡－不平衡變換器,包含有7條相鄰地放置的耦合導線,它們以7條導線的中央導線(33)為中心基本上對稱地布置。兩條最外側導線(30,36)、兩條與之相鄰的導線(31,35)以及該中央導線幾者相應的第一端點互相連接起來,並連接至不平衡埠(埠1)的輸入端(37)。與中央導線(33)相鄰的兩條導線(32,34)之相應的第一端點接地,中央導線(33)和相鄰於最外側導線的兩條導線(31,35)之相應的第二端點也接地。中央導線(33)一側的最外側導線(30)和該同一側的次條導線(32)兩者相應的兩第二端點構成第一平衡埠(埠2),而中央導線(33)另一側上對應的兩個第二端點構成第二平衡埠(埠3)。該平衡－不平衡變換器可組成單邊帶混頻器或下變頻器的一部分。
文檔編號H01P5/10GK1340910SQ0112542
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月15日 優先權日2000年8月16日
發明者H·S·吉爾 申請人:馬科尼通訊股份有限公司