平衡-不平衡變壓器的製作方法

2023-06-18 10:46:01 1

專利名稱：平衡-不平衡變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及變壓器領域，特別是涉及一種平衡-不平衡變壓器。
背景技術：
平衡-不平衡變壓器在電路中能夠實現不平衡信號和平衡信號之間的變換，具體地，可以實現一個單獨的、不平衡的信號和兩個獨立的幅度相等的、180度異相的平衡信號之間的變換。這種平衡-不平衡變壓器可以通過耦合線的結構來實現，其中，用於接收不平衡信號的輸入線通過電磁耦合將不平衡信號耦合到兩個單獨的輸出線。例如，在申請號為201110332261. X的中國專利文獻中，公開了一種平衡-不平衡 變壓器系統及方法。該平衡-不平衡變壓器由包含主線圈與第一次級線圈的第一變壓器及包含主線圈與第二次級線圈的第二變壓器，其中，第一次級線圈和第二次級線圈連接到接地層，該接地層具有槽口線。儘管現有的各類平衡-不平衡變壓器，包括Marchand平衡-不平衡變壓器，均能實現不平衡信號和平衡信號之間的變換，但是，該些平衡-不平衡變壓器的兩個次級線均有一端需要通過通孔短路到地，由此會帶來以下許多的問題，尤其是應用在毫米波或以上的高頻頻段首先，這樣的短路方式將會從地引入額外的噪聲，尤其是在大規模的集成電路中，地線寄生了許多的雜波，額外的噪聲對於整個系統將會產生很大的影響；其次，相對於工藝上的其他步驟，通孔製備的一致性一直都相對不佳，由此產生的偏差將會影響電路的一致性，尤其是高頻電路的一致性；第三，由於電流通路將耦合線接地，損耗也會相應的增大；第四，通孔工藝的引入增加了電路的成本，減小了電路的成品率。

發明內容
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種插入損耗和噪聲小的平衡-不平衡變壓器。為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種平衡-不平衡變壓器，其至少包括一端連接第一埠、另一端開路的主線部分；臨近所述主線部分以便與所述主線部分形成第一變壓器的第一副線部分，其一端
連接第二埠；臨近所述主線部分以便與所述主線部分形成第二變壓器的第二副線部分，其一端
連接第三埠；與所述第一副線部分的另一端連接以實現短路的第一扇形部分；與所述第二副線部分的另一端連接以實現短路的第二扇形部分。優選地，所述主線部分、第一副線部分、第二副線部分、第一扇形部分以及第二扇形部分處於同一層。
優選地，所述主線部分包括與所述第一副線部分構成第一變壓器的第一線部分、與所述第二副線部分構成第二變壓器的第二線部分以及連接在第一線部分與第二線部分之間的調諧線部分。優選地，所述第一扇形部分包括與所述第一副線部分的另一端連接的第一匹配線部分及連接所述第一匹配線部分的第一扇形線部分。優選地，第一變壓器的短路中心頻率和帶寬由所述第一匹配線部分的長度、以及所述第一扇形線部分的半徑與角度來確定。優選地，所述第二扇形部分包括與所述第二副線部分的另一端連接的第二匹配線部分及連接所述第二匹配線部分的第二扇形 線部分。優選地，第二變壓器的短路中心頻率和帶寬由所述第二匹配線部分的線長、以及所述第二扇形線部分的半徑與角度來確定。優選地，第一線部分與第一副線部分的耦合強度由第一線部分的線寬、第一副線部分的線寬及第一線部分與第一副線部分的間距來確定。優選地，第二線部分與第二副線部分的耦合強度由第二線部分的線寬、第二副線部分的線寬及第二線部分與第二副線部分的間距來確定。如上所述，本發明的平衡-不平衡變壓器，具有以下有益效果幅度相位不平衡度良好，同時具有低噪聲引入、低插入損耗、埠信號幅相不平衡性小、工藝流程簡化、工藝一致性好、準確性高和成本低廉，便於大規模集成化生產等優點。


圖1顯示為本發明的平衡-不平衡變壓器示意圖。圖2顯示為本發明的平衡-不平衡變壓器耦合部分的布局示意圖。圖3a顯示為本發明的平衡-不平衡變壓器的第一扇形部分的布局示意圖。圖3b顯示為本發明的平衡-不平衡變壓器的第二扇形部分的布局示意圖。圖4-圖6顯示為本發明的平衡-不平衡變壓器的特性示意圖。元件標號說明I平衡-不平衡變壓器
II主線部分
III第一線部分
112第二線部分
113調諧線部分
12第一副線部分
13第二副線部分 14第一扇形部分
141第一匹配線部分
142第一扇形線部分
15第二扇形部分
151第二匹配線部分
152第二扇形線部分
具體實施例方式以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。請參閱圖1至圖6。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。 如圖所示，本發明提供一種平衡-不平衡變壓器。該平衡-不平衡變壓器I至少包括主線部分U、第一副線部分12、第二副線部分13、第一扇形部分14、第二扇形部分15。所述主線部分11 一端連接第一埠 101、另一端開路。其中，第一埠 101是不平衡埠。優選地，所述主線部分11包括與所述第一副線部分12構成第一變壓器的第一線部分111、與所述第二副線部分13構成第二變壓器的第二線部分112以及連接在第一線部分111與第二線部分112之間的調諧線部分113。如圖1所示，第一線部分111的一端連接第一埠 101，第二線部分112的一端開路。其中，第一線部分111、第二線部分112、調諧線部分113可以呈任意形狀，優選地，包括但不限於直線狀、線圈狀、蜿蜒狀等等。
其中，當第一線部分111、第二線部分112、調諧線部分113均為直線時，調諧線部分113的線長LI可以用於調節、或者調諧所述主線部分11的阻抗匹配，從而達到調諧平衡埠的相位幅度不平衡度，如圖2所示。所述第一副線部分12臨近所述主線部分11，以便與所述主線部分11形成第一變
壓器，其一端連接第二埠 102。其中，第二埠 102是平衡埠。其中，所述第一副線部分12可以呈任意形狀，優選地，包括但不限於直線狀、線圈狀、蜿蜒狀等等。其中，當所述第一副線部分12及第一線部分111均為直線時，通過調節第一線部分111的線寬D1、第一副線部分12的線寬D1』及第一線部分111與第一副線部分12的間距D0，可以改變第一線部分111與第一副線部分12的耦合強度。
所述第二副線部分13臨近所述主線部分11，以便與所述主線部，11形成第二變壓
器，其一端連接第三埠 103。其中，第三埠 103是平衡埠。其中，所述第二副線部分13可以呈任意形狀，優選地，包括但不限於直線狀、線圈狀、蜿蜒狀等等。其中，當所述第二副線部分13及第二線部分112均為直線時，通過調節第二線部分112的線寬D2、第二副線部分13的線寬D2』及第二線部分112與第二副線部分13的間距D0』，可以改變第二線部分112與第二副線部分13的耦合強度。此外，調節第一副線部分12的線長LI』和第一線部分111的線長L1、以及第二副線部分13的線長L2』和第二線部分112的線長L2，可以改變兩個變壓器耦合枝節的等效電長度(Electrical Length),具體來說,第一副線部分12的線長LI』和第一線部分111的線長L1、第二副線部分13的線長L2』和第二線部分112的線長L2的長度大致都在中心頻率的90度電長度附近，通過對兩者的電長度的聯動微調，可以優化平衡-不平衡變壓器的幅度相位不平衡度。所述第一扇形部分14與所述第一副線部分12的另一端連接，以實現短路。優選地，所述第一扇形部分14包括與所述第一副線部分12的另一端連接的第一匹配線部分141及連接所述第一匹配線部分141的第一扇形線部分142。其中，通過調節所述第一匹配線部分141的長度L3、以及所述第一扇形線部分142的半徑rl與角度0 1，可以改變第一變壓器的短路中心頻率和帶寬，如圖3a所示。所述第二扇形部分15與所述第二副線部分13的另一端連接，以實現短路。優選地，所述第二扇形部分15包括與所述第二副線部分13的另一端連接的第二匹配線部分151及連接所述第二匹配線部分151的第二扇形線部分152。其中，通過調節所述第二匹配線部分151的長度L3』、以及所述第二扇形線部分152的半徑rl』與角度0 1』，可以改變第二變壓器的短路中心頻率和帶寬，如圖3b所示。此外，優選地，所述主線部分11、第一副線部分12、第二副線部分13、第一扇形部分14以及第二扇形部分15可以形成在石英基板的同一層，該層可以由石英基板底面電鍍金屬來實現。然而本領域技術人員應該理解，上面所述的基板材料僅僅是實施例中的例子，本發明同樣可以適用於其他基板材料中，比如Si，GaAs，InP等；同樣，導電材料的選擇也可以是多樣的，鋁，金，銅，鎢等都適用於本發明中。可選的，所有這種合適的材料都可以被使用。
當上述平衡-不平衡變壓器I工作在60GHz時，調諧線部分113的線長LO優選是75um，第一線部分111的線寬D1、第二線部分112的線寬D2、第一副線部分12的線寬D1』和第二副線部分13的線寬D2』優選均為50um，第一線部分111與第一副線部分12的耦合間距DO優選是lOum，第二線部分112與第二副線部分13的耦合間距D0』優選是lOum，第一副線部分12的線長LI』和第一線部分111的線長LI優選是790um，第二副線部分13的線長L2』和第二線部分112的線長L2優選是820um ;第一匹配線部分141的長度L3和第二匹配線部分151的長度L3』優選均是90um，第一扇形線部分142的半徑rl和第二扇形線部分152的半徑rl』優選均是480um，第一扇形線部分142的角度0 I和第二扇形線部分152的角度0 I』優選均是70度。圖4至圖6示出了本發明的平衡-不平衡變壓器工作在60GHz頻段的特性曲線，由圖可見，本發明的平衡-不平衡變壓器 的幅度相位不平衡度良好，同時具有低噪聲引入、低插入損耗、埠信號幅相不平衡性小等優點。 綜上所述，本發明的平衡-不平衡變壓器具有以下優勢1.純平面微帶工藝製成，不採用通孔工藝，提高了器件製成的一致性，節約了成本，提聞了成品率；2.不採用通孔短路方式，而是採用扇形分支線匹配的方式，實現了在較窄的範圍內的短路，減小了附加噪聲引入到電路的可能性，提高了噪聲抑制性能；3.採用平面扇形分支線結構，減小了由於通孔帶來的寄生效應，減小了平衡-不平衡變壓器的插入損耗。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種平衡-不平衡變壓器，其特徵在於，所述平衡-不平衡變壓器至少包括 一端連接第一埠、另一端開路的主線部分； 臨近所述主線部分以便與所述主線部分形成第一變壓器的第一副線部分，其一端連接第二埠 ； 臨近所述主線部分以便與所述主線部分形成第二變壓器的第二副線部分，其一端連接第三埠 ； 與所述第一副線部分的另一端連接以實現短路的第一扇形部分； 與所述第二副線部分的另一端連接以實現短路的第二扇形部分。
2.根據權利要求1所述的平衡-不平衡變壓器，其特徵在於所述主線部分、第一副線部分、第二副線部分、第一扇形部分以及第二扇形部分處於同一層。
3.根據權利要求1所述的平衡-不平衡變壓器，其特徵在於所述主線部分包括與所述第一副線部分構成第一變壓器的第一線部分、與所述第二副線部分構成第二變壓器的第二線部分以及連接在第一線部分與第二線部分之間的調諧線部分。
4.根據權利要求1所述的平衡-不平衡變壓器，其特徵在於所述第一扇形部分包括與所述第一副線部分的另一端連接的第一匹配線部分及連接所述第一匹配線部分的第一扇形線部分。
5.根據權利要求4所述的平衡-不平衡變壓器，其特徵在於第一變壓器的短路中心頻率和帶寬由所述第一匹配線部分的長度、以及所述第一扇形線部分的半徑與角度來確定。
6.根據權利要求1所述的平衡-不平衡變壓器，其特徵在於所述第二扇形部分包括與所述第二副線部分的另一端連接的第二匹配線部分及連接所述第二匹配線部分的第二扇形線部分。
7.根據權利要求6所述平衡-不平衡變壓器，其特徵在於第二變壓器的短路中心頻率和帶寬由所述第二匹配線部分的線長、以及所述第二扇形線部分的半徑與角度來確定。
8.根據權利要求3所述的平衡-不平衡變壓器，其特徵在於第一線部分與第一副線部分的耦合強度由第一線部分的線寬、第一副線部分的線寬及第一線部分與第一副線部分的間距來確定。
9.根據權利要求3所述的平衡-不平衡變壓器，其特徵在於第二線部分與第二副線部分的耦合強度由第二線部分的線寬、第二副線部分的線寬及第二線部分與第二副線部分的間距來確定。
全文摘要
本發明提供一種平衡-不平衡變壓器。該平衡-不平衡變壓器至少包括一端連接第一埠、另一端開路的主線部分；臨近所述主線部分以便與所述主線部分形成第一變壓器的第一副線部分，其一端連接第二埠；臨近所述主線部分以便與所述主線部分形成第二變壓器的第二副線部分，其一端連接第三埠；與所述第一副線部分的另一端連接以實現短路的第一扇形部分；與所述第二副線部分的另一端連接以實現短路的第二扇形部分。本發明採用扇形部分來實現短路，消除了由通孔造成的插入損耗和噪聲引入，並減小了由於通孔製作造成的工藝一致性和準確性不足的問題。同時，簡化了工藝流程，提高了成品率，降低了成本。
文檔編號H03H7/42GK103000337SQ20131000107
公開日2013年3月27日 申請日期2013年1月4日 優先權日2013年1月4日
發明者李凌雲, 葉禹, 孫曉瑋 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所