平衡-不平衡轉換電路與層狀平衡-不平衡轉換器的製作方法
2023-05-10 09:08:56 1
專利名稱：平衡-不平衡轉換電路與層狀平衡-不平衡轉換器的製作方法
背景技術：
發明領域本發明涉及平衡-不平衡轉換(平衡不平衡變換器(balun))電路和層狀平衡-不平衡轉換器。
相關技術描述通常，已知具有在諸如微波頻率的高頻中使用的濾波器的商用平衡不平衡變換器和變壓器平衡不平衡變換器。在日本未審查的特許公開No.9260145中描述了商用平衡不平衡變換器。
圖8示出具有帶狀線2到5的這種類型的平衡不平衡變換器電路1。帶狀線2電連接於平衡端6和接地端G之間，而帶狀線3電連接於平衡端7和接地端G之間。帶狀線4和5電串聯在不平衡端8和開放端(open terminal)9之間。帶狀線2和4彼此相對，其中連接到平衡端6的帶狀線2的第一末端2a與連接到不平衡端8的帶狀線4的第一末端4a沿對角線相對，且相對的帶狀線2和4電磁耦合。帶狀線3和帶狀線5也彼此相對，其中連接到平衡端7的帶狀線3的第一末端3a與連接到開放端9的帶狀線5的第一末端5a沿對角線相對，且相對的帶狀線3和5電磁耦合。
在窄帶平衡不平衡變換器電路中，圖8中由虛線表示的電容器C1到C4分別電連接於接地端G與平衡端6和7、不平衡端8和開放端9之間。
圖9示出另一個已知的平衡不平衡變換器電路11，它具有4個LC並聯諧振電路12到15。圖9中，平衡不平衡變換器電路11包括諧振電容器C1到C4、諧振線圈L1到L4、耦合電容器Cs1到Cs6、平衡端16和17、不平衡端18、開放端19以及接地端G。
但是圖8和9中示出的平衡不平衡變換器電路1和11具有一些問題。
圖8所示的平衡不平衡變換器電路1具有傳輸頻帶附近的衰減特性和用於抑制寄生信號的衰減特性，諸如第二和第三諧波抑制，但是衰減量是有限的。因此，另外需要諸如低通濾波器或帶通濾波器的外部濾波器用於傳輸頻帶附近的衰減特性和寄生信號抑制功能。這增加了電路的尺寸、電路元件的數量和插入損耗。
圖9所示的平衡不平衡變換器電路11具有LC並聯諧振電路12到15，因此需要大量的元件，從而導致插入損耗的增加。
發明概述為了克服上述問題，本發明的較佳實施例提供了一種緊湊的平衡-不平衡轉換電路和層狀平衡-不平衡轉換器，具有用於寄生信號抑制的高衰減特性和傳輸頻帶附近的高衰減特性。
根據本發明較佳實施例的平衡-不平衡轉換電路包括具有第一末端和第二末端的第一帶狀線，所述第二末端與接地電連接；具有第一末端和第二末端的第二帶狀線，所述第二末端與接地電連接；與第一帶狀線的第一末端電連接的第一平衡端；電連接於第一平衡端和接地之間的第一電容器；與第二帶狀線的第一末端電連接的第二平衡端；電連接於第二平衡端和接地之間的第二電容器；具有第一末端和第二末端的第三帶狀線；具有第一末端和第二末端的第四帶狀線，所述第二末端與第三帶狀線的第二末端電連接，與第三帶狀線的第一末端電連接的不平衡端；電連接於不平衡端和接地之間的第三電容器；和電連接在第四帶狀線的第一末端和接地之間的第四電容器，其中第一帶狀線的第一末端和第二末端分別相對於第三帶狀線的第一末端和第二末端，從而第一帶狀線和第三帶狀線電磁耦合，而第二帶狀線的第一末端和第二末端分別相對於第四帶狀線的第一末端和第二末端，從而第二帶狀線和第四帶狀線電磁耦合。
例如，在層狀平衡-不平衡轉換器中，通過絕緣層將第一、第二、第三和第四帶狀線與第一、第二、第三和第四電容器分層以便定義分層，而第一和第二平衡端、不平衡端、接地端和開放端被置於該層狀體上。
採用這種結構，可靠地消除和最小化諸如第二和第三諧波的寄生信號，從而實現所需的衰減特性。
第一平衡端可以與第一陷波電路電連接而第二平衡端可以與第二陷波電路電連接，由此實現傳輸頻帶附近較好的衰減特性。例如，每個第一和第二陷波電路可以包括LC並聯諧振電路。
每個第一平衡端和第二平衡端都可以與用於調節LC並聯諧振電路阻抗的虛部的裝置電連接，以易於阻抗的調節。例如，這種裝置可以是帶狀線(線圈)。
此外，根據本發明的較佳實施例，在層狀平衡-不平衡轉換器中，第一和第二帶狀線可以設置在同一層上且第三和第四帶狀線可以設置在同一層上，且第一和第二帶狀線通過絕緣層面向第三和第四帶狀線。因此，可以降低平衡-不平衡轉換器的厚度。
此外，根據本發明的較佳實施例，分層較佳地包括與第一平衡端電連接的第一陷波電路和與第二平衡端電連接的第二陷波電路。每個第一陷波電路和第二陷波電路都包括具有線圈的LC並聯諧振電路。在層狀體的分層方向上，第一和第二電容器置於第一、第二、第三和第四帶狀線與第一和第二陷波電路的線圈之間。採用這種結構，佔據同一絕緣層大部分的第一和第二電容器的電容器電極阻止第一、第二、第三和第四帶狀線與第一和第二陷波電路之間的磁耦合。因此，可以減小平衡-不平衡轉換器的尺寸而不使插入損耗和衰減特性劣化。
因此，根據本發明的較佳實施例，第一帶狀線的第一末端和第二末端分別相對於第三帶狀線的第一末端和第二末端，從而第一帶狀線和第三帶狀線電磁耦合，而第二帶狀線的第一末端和第二末端分別相對於第四帶狀線的第一末端和第二末端，從而第二帶狀線和第四帶狀線電磁耦合。第一到第四電容器分別電連接在接地與第一平衡端、第二平衡端、不平衡端和開放端之間。這允許諸如第二和第三諧波抑制的寄生信號抑制，從而實現具有較好的寄生信號抑制的平衡-不平衡轉換電路或層狀平衡-不平衡轉換器。第一陷波電路和第二陷波電路分別與第一平衡端和第二平衡端電連接，由此實現傳輸頻帶附近的所需衰減特性。
由以下較佳實施例的詳細描述並參考附圖將使本發明的其它特點、元素、特徵和優點變得更加明顯。
附圖概述
圖1是根據本發明第一較佳實施例的平衡不平衡變換器電路的電路圖；圖2是圖1所示平衡不平衡變換器電路的傳輸(S21)特性和輸入反射(S11)特性的圖表；圖3是根據包括陷波電路的本發明第二較佳實施例的平衡不平衡變換器電路的電路圖；圖4是圖3所示平衡不平衡變換器電路的傳輸(S21)特性和輸入反射(S11)特性的圖表；圖5是根據包括用於調節阻抗虛部的裝置的本發明第三較佳實施例的平衡不平衡變換器電路的電路圖；圖6是根據本發明較佳實施例的層狀平衡不平衡變換器轉換器的分解透視圖；圖7是圖6所示層狀平衡不平衡變換器轉換器的外部透視圖；圖8是相關技術的平衡不平衡變換器電路的電路圖；以及圖9是相關技術的另一個平衡不平衡變換器電路的電路圖。
具體實施例方式
現在將參考附圖描述根據本發明較佳實施例的平衡-不平衡轉換電路和層狀平衡-不平衡轉換器。
第一較佳實施例將參考圖1和2描述根據本發明第一較佳實施例的平衡不平衡變換器電路21。如圖1所示，平衡不平衡變換器電路21包括四分之一波長或更小的帶狀線22、23、24和25。帶狀線22、23、24和25分別具有第一末端22a、23a、24a和25a，以及第二末端22b、23b、24b和25b。帶狀線22的第一末端22a與平衡端26電連接，而其第二末端22b與接地端G電連接。帶狀線23的第一末端23a與平衡端27電連接，而其第二末端23b與接地端G電連接。帶狀線24的第一末端24a與不平衡端28電連接，而其第二末端24b與帶狀線25的第二末端25b電連接。帶狀線25的第一末端25a與開放端29電連接。
連接到平衡端26的帶狀線22的第一末端22a面向連接到不平衡端28的帶狀線24的第一末端24a，而連接到接地端G的帶狀線22的第二末端面向連接到帶狀線25的帶狀線24的第二末端24b，從而帶狀線22和24電磁耦合以定義耦合器。
連接到平衡端27的帶狀線23的第一末端23a面向連接到開放端29的帶狀線25的第一末端25a，而連接到接地端G的帶狀線23的第二末端23b面向連接到帶狀線24的帶狀線25的第二末端25b，從而帶狀線23和25電磁耦合以便定義耦合器。
電容器C1到C4分別電連接在接地端G與平衡端26和27、不平衡端28以及開放端29之間。
當平衡不平衡變換器電路21用於平衡-不平衡信號轉換器時，從不平衡端28輸入的不平衡信號傳播通過帶狀線24和帶狀線25。由於帶狀線24與帶狀線22電耦合而帶狀線25與帶狀線23電耦合，不平衡信號被轉換成平衡信號，且所產生的平衡信號從平衡端26和27輸出。
從平衡端26和27輸入的平衡信號受與前述操作相比相反的操作，從而將平衡信號轉換成不平衡信號。所產生的不平衡信號從不平衡端28輸出。
圖2是平衡不平衡變換器電路21的傳輸(S21)特性和輸入反射(S11)特性的圖表，如分別由實線S21和S11所表示的。為了比較，圖2還示出圖8所示的平衡不平衡變換器電路1的傳輸(S21』)特性和輸入反射(S11』)特性，如分別由虛線S21』和S11』所表示的。從圖2可以清楚地看出，平衡不平衡變換器電路21抑制第二和第三諧波，並具有用於寄生信號抑制的高衰減特性。
第二較佳實施例將參考圖3和4描述根據本發明第二較佳實施例的平衡不平衡變換器電路41。圖3所示的平衡不平衡變換器電路41不同於圖1所示的平衡不平衡變換器電路21，其中的陷波電路44電連接於平衡端26和帶狀線22之間而陷波電路45電連接於平衡端27和帶狀線23之間。陷波電路44是具有電容器C5和線圈(帶狀線)42的LC並聯諧振電路。陷波電路45較佳地是具有電容器C6和線圈(帶狀線)43的LC並聯諧振電路。
圖4是示出平衡不平衡變換器電路41的傳輸(S21)特性和輸入反射(S11)特性的圖表，如由實線S21和S11所分別表示的。為了比較，圖4還示出圖1所示的平衡不平衡變換器電路21的傳輸(S21』)特性和輸入反射(S11』)特性，如分別由虛線S21』和S11』所表示的。從圖4中可以清楚地看出，平衡不平衡變換器電路41進一步抑制了第二和第三諧波，並增加了傳輸頻帶附近的衰減量，由此實現高衰減特性。
第三較佳實施例現在參考圖5到7描述根據本發明第三較佳實施例的平衡不平衡變換器電路51。圖5所示的平衡不平衡變換器電路51不同於圖3所示的平衡不平衡變換器電路41，其中的線圈(帶狀線)52電連接在平衡端26和陷波電路44之間而線圈(帶狀線)53電連接在平衡端27和陷波電路45之間以便分別調整陷波電路44和45的阻抗的虛部。這些線圈允許陷波電路44和45的方便的阻抗調節。特別是，線圈52和53的線路長度越長以增加電感，阻抗的虛部越高；線圈52和53的線路長度越短以降低電感，阻抗的虛部越低。
圖6是包含圖5所示的平衡不平衡變換器電路51的層狀平衡不平衡變換器轉換器51A的分解透視圖。平衡不平衡變換器轉換器51A包括絕緣片78，其表面上設置了接地電極54和55；絕緣片78，其表面上設置了線圈42、43、52和53；絕緣片78，其表面上設置了布線電極56到59；絕緣片78，其表面上設置了接地電極60和61以及電容器電極62和63；絕緣片78，其表面上設置了電容器電極64和65；絕緣片78，其表面上設置了接地電極66和67以及電容器電極68和69；絕緣片78，其表面上設置了四分之一波長或更小的帶狀線22和23；絕緣片78，其表面上設置了四分之一波長或更小的帶狀線24和25；絕緣片78，其表面上設置了電容器電極70和71；保護絕緣片78，其表面上沒有設置電極，等等。
每個絕緣片78都較佳地通過將絕緣陶瓷粉末和粘合劑或其它合適的材料混合併將混合物形成片而製成。帶狀線22到25、線圈42、43、52和53、電容器電極62和63等較佳地由諸如Ag、Ag-Pd和Cu或其它合適的材料製成，並通過諸如濺射、氣相沉積或印刷之類的方法或其它合適的工藝製成。
帶狀線22和23分別設置在同一絕緣片78的右部分和左半部分上。帶狀線22的第一末端暴露於絕緣片78的右側上，而帶狀線23的第一末端暴露於絕緣片78的左側上。將帶狀線22和23的第二末端結合併暴露於絕緣片78遠側上的中間處。
帶狀線24和25分別設置在同一絕緣片78的右半部分和左半部分上。帶狀線24和25的第一末端分別暴露於絕緣片78遠側的右部分和左部分上。帶狀線24和25的第二末端在絕緣片78的中間彼此電連接。帶狀線24與帶狀線22相對，並有片78置於其間。因此，帶狀線22和24電磁耦合從而定義耦合器。帶狀線25與帶狀線23相對，並有片78置於其間。因此，帶狀線23和25電磁耦合以定義耦合器。
排列接地電極54和55以便分別佔據同一絕緣片78的右半部分和左半部分中的大部分。接地電極54具有3個引出線部分，一個暴露於片78前側的右邊、一個暴露於右側的中間偏右而另一個暴露於遠側上。接地電極55也有三個引出線部分，一個暴露於片78的前側的左邊、一個暴露於左側的中間偏左而另一個暴露於遠側上。
電容器電極70和71分別設置在同一絕緣片78的右邊和左邊部分上。電容器電極70和71具有引出線部分，它們分別暴露於片78的遠側的右邊和左邊。電容器電極70相對於接地電極54，並有片78置於其間，由此定義電容器C3。電容器電極71相對於接地電極55，並有片78置於其間，由此定義電容器C4。
電容器電極62和63分別設置在同一片78的右邊和左邊部分上。電容器電極68和69分別設置在同一片78的右邊和左邊部分上。電容器電極62和接地電極60的電極末端以及電容器電極68和接地電極66的電極末端定義電容器C1。電容器電極63和接地電極61的電極末端以及電容器電極69和接地電極67的電極末端定義電容器C2。
電容器電極64相對於電容器電極62和68，並有片78置於其間，由此定義電容器C5。電容器電極65相對於電容器電極63和69，並有片78置於其間，由此定義電容器C6。
具有螺旋形狀的每個線圈42和43較佳地分別置於同一絕緣片78的右邊部分和左邊部分上。線圈42的末端暴露於片78的右側。線圈42的另一末端通過片78上形成的布線電極56和通孔75與線圈52和電容器電極64的末端電連接。線圈42和電容器C5定義LC並聯諧振電路(陷波電路)44。線圈43的一末端暴露於片78的左側上。線圈43的另一末端通過通孔75和布線電極57與線圈53和電容器電極65的一末端電連接。線圈43和電容器C6定義LC並聯諧振電路(陷波電路)45。
螺旋線圈52的另一個末端通過通孔75和布線電極58延伸到片78前側的中間偏右。螺旋線圈53的另一個末端通過通孔75和布線電極59延伸到片78前側的中間偏左。
將片78層壓並整體燒制以形成圖7所示的層狀體80。平衡端26和27以及接地端G交替地排列在層狀體80的前表面上。不平衡端28和開放端29排列在層狀體80的遠側上並使接地端G置於其間。內層連接端81和接地端G置於層狀體80的右側表面上，而內層連接端82和接地端G置於層狀體80的左側表面上。
平衡端26和27分別與布線電極58和59電連接。不平衡端28與帶狀線24的末端和電容器電極70電連接，而開放端29與帶狀線25的末端和電容器電極71電連接。內層連接端81與線圈42的末端、電容器電極62和68以及帶狀線22的末端電連接。內層連接端82與線圈43的末端、電容器電極63和69以及帶狀線23的末端電連接。接地端G與接地電極54、55、60、61、66和67以及帶狀線22和23的結合末端電連接。
在具有上述結構的分層平衡不平衡變換器轉換器51A中，帶狀線22和23設置在同一絕緣片78上，而帶狀線24和25設置在同一絕緣片78上，由此減少了層狀平衡不平衡變換器轉換器51A的厚度。通常，帶狀線22到25與陷波電路44和45之間的磁耦合會使插入損耗和衰減特性變差。因此，在本發明的第三較佳實施例中，在具有帶狀線22和23的層與具有定義陷波電路44和45的線圈42和43的層之間，設置了面積較大的電容器電極62到65、68和69以及接地電極60、61、66和67。電容器電極62到65、68和69以及接地電極60、61、66和67使帶狀線22和23與線圈42和43之間的磁耦合最小，由此減小帶狀線22和23與線圈42和43之間的距離。因此，可以減小平衡不平衡變換器轉換器51A的尺寸而不使插入損耗和衰減特性變差。
其它較佳實施例本發明不限於第一到第三實施例，且可以進行各種修改而不背離本發明的精神和範圍。特別是，帶狀線22到25可以是任意形狀，並可以是線形、螺旋或曲折的。帶狀線22到25不必被設計成具有四分之一波長或更小。
在第一到第三實施例中，具有帶狀線等的絕緣片被層壓和整體燒制。但是，本發明不限於此。片可以先進行燒制。根據本發明的層狀平衡不平衡變換器轉換器可以通過以下方法製作通過諸如印刷的技術塗覆絕緣糊以形成絕緣層；將導電糊塗覆到絕緣層的表面以形成任意形狀的帶狀線或電極；在帶狀線等上塗覆絕緣糊，並通過以這種順序重疊起來的各塗層而實現具有分層結構的平衡不平衡變換器轉換器。
本發明不限於每個上述較佳實施例，且各種修改都可能在權利要求書所描述的範圍內。通過適當地組合在每個不同較佳實施例中所揭示的技術特點而獲得的實施例包括在本發明的技術範圍內。
權利要求
1.一種平衡-不平衡轉換電路，其特徵在於，包括第一帶狀線，具有第一末端和第二末端，所述第一帶狀線的第二末端和接地電連接；第二帶狀線，具有第一末端和第二末端，所述第二帶狀線的第二末端和接地電連接；第一平衡端，與所述第一帶狀線的第一末端電連接；第一電容器，電連接於所述平衡端和所述接地之間；第二平衡端，與所述第二帶狀線的第一末端電連接；第二電容器，電連接於所述第二平衡端和接地之間；第三帶狀線，具有第一末端和第二末端；第四帶狀線，具有第一末端和第二末端，所述第四帶狀線的第二末端與所述第三帶狀線的第二末端電連接；不平衡端，與所述第三帶狀線的第一末端電連接；第三電容器，電連接於所述不平衡端和接地之間；以及第四電容器，電連接於所述第四帶狀線的第一末端和接地之間；其中所述第一帶狀線的第一末端和第二末端分別與所述第三帶狀線的第一末端和第二末端相對，從而使第一帶狀線與第三帶狀線電磁耦合，而所述第二帶狀線的第一末端和第二末端分別與所述第四帶狀線的第一末端和第二末端相對，從而所述第二帶狀線與所述第四帶狀線電磁耦合。
2.如權利要求1所述的平衡-不平衡轉換電路，其特徵在於，所述第一平衡端與第一陷波電路電連接，而所述第二平衡端與第二陷波電路電連接。
3.如權利要求2所述的平衡-不平衡轉換電路，其特徵在於，第一陷波電路和第二陷波電路各自包括LC並聯諧振電路，而第一平衡端和第二二平衡端各自與用於調節LC並聯諧振電路的阻抗虛部的裝置電連接。
4.如權利要求1所述的平衡-不平衡轉換電路，其特徵在於，第一、第二、第三和第四帶狀線具有約四分之一波長或小於四分之一波長的長度。
5.如權利要求1所述的平衡-不平衡轉換電路，其特徵在於，所述第一和第三帶狀線電磁耦合以形成耦合器。
6.如權利要求1所述的平衡-不平衡轉換電路，其特徵在於，所述第二和第四帶狀線電磁耦合以形成耦合器。
7.如權利要求1所述的平衡-不平衡轉換電路，其特徵在於，第一線圈電連接於所述第一平衡端與所述第一陷波電路之間，而第二線圈電連接於所述第二平衡端與所述第二陷波電路之間。
8.如權利要求3所述的平衡-不平衡轉換電路，其特徵在於，用於調節LC並聯諧振電路的阻抗虛部的裝置包括一線圈。
9.一種層狀平衡-不平衡轉換器，其特徵在於，包括第一、第二、第三和第四帶狀線，各自具有第一和第二末端；第一、第二、第三和第四電容器；第一、第二、第三和第四帶狀線與第一、第二、第三和第四電容器沿分層方向經由絕緣層被分層以形成層狀體；以及第一和第二平衡端、不平衡端、接地端和開放端，它們被設置在所述層狀體上；其中所述第一帶狀線的第一末端與所述第一平衡端電連接，所述第二帶狀線的第一末端與第二平衡端電連接，而所述第一帶狀線的第二末端和所述第二帶狀線的第二末端與接地端電連接；所述第三帶狀線的第一末端與所述不平衡端電連接，所述第四帶狀線的第一末端與開放端電連接，而所述第三帶狀線的第二末端與所述第四帶狀線的第二末端電連接；所述第一電容器電連接在所述第一平衡端和所述接地端之間，所述第二電容器電連接在所述第二平衡端和所述接地端之間，所述第三電容器電連接在所述不平衡端和所述接地端之間，而所述第四電容器電連接在所述開放端和所述接地端之間；以及所述第一帶狀線的第一末端和第二末端分別與所述第三帶狀線的第一末端和第二末端相對，從而第一帶狀線和第三帶狀線電磁耦合，而所述第二帶狀線的第一末端和第二末端分別與所述第四帶狀線的第一末端和第二末端相對，從而第二帶狀線和第四帶狀線電磁耦合。
10.如權利要求9所述的層狀平衡-不平衡轉換器，其特徵在於，所述第一和第二帶狀線設置於同一絕緣層上，而所述第三和第四帶狀線設置在同一絕緣層上，所述第一帶狀線通過絕緣層與所述第三帶狀線相對，而所述第二帶狀線通過絕緣層與所述第四帶狀線相對。
11.如權利要求9所述的層狀平衡-不平衡轉換器，其特徵在於，所述層狀體包括與第一平衡端電連接的第一陷波電路，和與第二平衡端電連接的第二陷波電路，第一陷波電路和第二陷波電路各自包括具有線圈的LC並聯諧振電路，而在層狀體的分層方向上第一和第二電容器設置在第一、第二、第三和第四帶狀線與第一和第二陷波電路的線圈之間。
12.如權利要求11所述的層狀平衡-不平衡轉換器，其特徵在於，第一平衡端和第二平衡端各自與用於調節LC並聯諧振電路的阻抗虛部的裝置電連接。
13.如權利要求9所述的層狀平衡-不平衡轉換器，其特徵在於，第一、第二、第三和第四帶狀線具有約四分之一波長或小於四分之一波長的長度。
14.如權利要求9所述的層狀平衡-不平衡轉換器，其特徵在於，第一和第三帶狀線電磁耦合以形成耦合器。
15.如權利要求9所述的層狀平衡-不平衡轉換器，其特徵在於，第二和第四帶狀線電磁耦合以形成耦合器。
16.如權利要求11所述的層狀平衡-不平衡轉換器，其特徵在於，第一線圈電連接在第一平衡端和第一陷波電路之間，而第二線圈電連接在第二平衡端和第二陷波電路之間。
全文摘要
一種平衡－不平衡轉換電路包括四分之一波長或更小的第一到第四帶狀線。第一帶狀線具有與平衡端連接的末端，而第三帶狀線具有與不平衡端連接的末端。連接到平衡端的第一帶狀線的末端相對於連接到不平衡端的第三帶狀線的末端，從而第一和第三帶狀線電磁耦合以定義耦合器。第二帶狀線具有與平衡端連接的末端，而第四帶狀線具有與開放端連接的末端。連接平衡端的第二帶狀線的末端相對於連接到開放端的第四帶狀線的末端，從而第二和第四帶狀線電磁耦合以定義耦合器。
文檔編號H03H7/42GK1523705SQ20041000683
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月19日 優先權日2003年2月20日
發明者野阪浩司 申請人:株式會社村田製作所