CN119481648A - 一种基于ipd工艺的小型化宽带巴伦 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及宽带巴伦技术领域，公开了一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，包括第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线和第六传输线。本发明通过使用集总电容对分布结构的巴伦进行加载，使得可以用短于四分之一波长的传输线在同一频段作用，实现了小型化；并且还引入串联耦合线来调节巴伦主体部分的相位及幅度在通带范围内的平衡度，使该设计与同一频段巴伦相比有更小的相位不平衡度及幅度不平衡度。
Description
技术领域
本发明涉及宽带巴伦技术领域，具体涉及一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦。
背景技术
随着通信技术的快速进步和通信容量的持续增长，现代通信系统正逐步向小型化、多功能和高度集成的方向发展。因此，对小型化和宽频带微波射频器件的需求在通信系统中变得愈加迫切。
巴伦主要用于高频射频和微波信号的变换，帮助将不平衡信号转换为平衡信号。这在天线设计、射频放大器和信号处理设备中尤为重要，可以减少信号干扰并提高系统的整体性能。无线通信系统通常需要处理广泛的频率范围。宽带巴伦设计用于支持宽频带信号的转换，确保在各种频率下都能提供稳定的性能。目前的技术中，巴伦存在频带较窄、实用性差、体积较大以及性能不佳的问题，无法满足现代通信系统的需求。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，包括：
第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线和第六传输线；
所述第二传输线的一端与第一输入端口连接，所述第二传输线的另一端与所述第五传输线的一端连接；所述第五传输线的另一端与所述第六传输线的一端连接，且所述第五传输线与所述第六传输线互相耦合；所述第六传输线的另一端与所述第四传输线的一端连接；所述第四传输线的另一端经过第一串联电容连接第二接地端；
所述第一传输线的一端与第二输入端口连接，所述第一传输线的另一端连接第一接地端，且所述第一传输线与所述第二传输线互相耦合；所述第二输入端口经过第一并联电容连接第三接地端；
所述第三传输线的一端与第三输入端口连接，所述第三传输线的另一端接地，且所述第三传输线与所述第四传输线互相耦合；所述第二输入端口经过第二并联电容连接第四接地端。
作为优选地，还包括：
第一微带线、第二微带线和第三微带线；
所述第一微带线的一端与所述第二微带线的一端连接，所述第一微带线与所述第二微带线的连接端经过第三微带线连接第三接地端，所述第一微带线与所述第二微带线互相耦合。
作为优选地，还包括：
第四微带线、第五微带线和第六微带线；
所述第四微带线的一端与所述第五微带线的一端连接，所述第四微带线与所述第五微带线的连接端经过第六微带线连接第四接地端，所述第四微带线与所述第五微带线互相耦合。
作为优选地，所述第一微带线和所述第二微带线的线宽大于所述第四微带线和所述第五微带线。
作为优选地，宽带巴伦采用IPD工艺构建。
作为优选地，宽带巴伦的衬底材料为砷化镓。
作为优选地，所述第一串联电容为MIM平板电容。
作为优选地，所述第一并联电容为MIM平板电容。
作为优选地，所述第二并联电容为MIM平板电容。
作为优选地，所述第一串联电容、所述第一并联电容和所述第二并联电容通过调整电容值使其等效电长度等同于宽带巴伦的偶模电长度。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过使用集总电容对分布结构的巴伦进行加载，使得可以用短于四分之一波长的传输线在同一频段作用，实现了小型化；并且还引入串联耦合线来调节巴伦主体部分的相位及幅度在通带范围内的平衡度，使该设计与同一频段巴伦相比有更小的相位不平衡度及幅度不平衡度。
附图说明
图1为一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦等效电路示意图；
图2为一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦电路版图示意图；
图3为巴伦主体耦合线横截面示意图；
图4为有额外接地微带线时的耦合线横截面示意图；
图5为本发明的近带响应曲线示意图；
图6为本发明的相位不平衡度曲线示意图；
图7为本发明的幅度不平衡度曲线示意图。
其中附图标记为：
1-第一输入端口；2-第二输入端口；3-第三输入端口；CS1-第一串联电容；CP1-第一并联电容；CP2-第二并联电容；TL1-第一传输线；TL2-第二传输线；TL3-第三传输线；TL4-第四传输线；TL5-第五传输线；TL6-第六传输线；M1-第一微带线；M2-第二微带线；M3-第三微带线；M4-第四微带线；M5-第五微带线；M6-第六微带线；G1-第一接地端；G2-第二接地端；G3-第三接地端；G4-第四接地端。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
参照图1和图2，本发明实施例提供的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，包括：
第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线和第六传输线；
所述第二传输线的一端与第一输入端口连接，所述第二传输线的另一端与所述第五传输线的一端连接；所述第五传输线的另一端与所述第六传输线的一端连接，且所述第五传输线与所述第六传输线互相耦合；所述第六传输线的另一端与所述第四传输线的一端连接；所述第四传输线的另一端经过第一串联电容连接第二接地端；
所述第一传输线的一端与第二输入端口连接，所述第一传输线的另一端连接第一接地端，且所述第一传输线与所述第二传输线互相耦合；所述第二输入端口经过第一并联电容连接第三接地端；
所述第三传输线的一端与第三输入端口连接，所述第三传输线的另一端接地，且所述第三传输线与所述第四传输线互相耦合；所述第二输入端口经过第二并联电容连接第四接地端。
本实施例通过使用集总电容对分布结构的巴伦进行加载，使得可以用短于四分之一波长的传输线在同一频段作用，实现了小型化；本实施例采用的集总电容包含第一串联电容CS1、第一并联电容CP1和第二并联电容CP2，在偶模激励下，耦合线中心处呈开路状态，加载电容后其值不影响偶模的相速，则偶模下的电长度维持不变；奇模激励下，耦合线中心处呈开路状态，加载电容值影响奇模的相速，因此调试加载电容值至合适范围时可使其等效电长度等同于偶模电长度来实现小型化，并有效补偿巴伦的幅度、相位平衡度等性能。
此外，本实施例还引入串联耦合线来调节巴伦主体部分的相位及幅度在通带范围内的平衡度，使该设计与同一频段巴伦相比有更小的相位不平衡度及幅度不平衡度。本实施例采用的串联耦合线包括第五传输线TL5和第六传输线TL6；对于简易的四端口传输线模型，分析其偶模电路，确定偶模条件为：功率不从端口不平衡端口1传输至平衡端口2，从而可以由四分之一波长耦合线的工作频率和阻抗等计算得到额外的串联耦合线的所需尺寸，以实现所需改善的不平衡度。
在本发明的一个可选实施例中，本实施例还包括：
第一微带线、第二微带线和第三微带线；
所述第一微带线的一端与所述第二微带线的一端连接，所述第一微带线与所述第二微带线的连接端经过第三微带线连接第三接地端，所述第一微带线与所述第二微带线互相耦合。
本实施例还包括：
第四微带线、第五微带线和第六微带线；
所述第四微带线的一端与所述第五微带线的一端连接，所述第四微带线与所述第五微带线的连接端经过第六微带线连接第四接地端，所述第四微带线与所述第五微带线互相耦合。
本实施例中所述第一微带线和所述第二微带线的线宽大于所述第四微带线和所述第五微带线。
本实施例通过引入额外的接地微带线来调节巴伦主体部分的耦合度及不平衡度。本实施例采用额外的接地微带线包括第一微带线M1，第二微带线M2，第三微带线M3，第四微带线M4，第五微带线M5，第六微带线M6，第一接地端G1，第二接地端G2。
本实施例引入额外的接地微带线增大巴伦主体与微带线之间的电容，因此巴伦主体的耦合系数会由于额外接地微带线的作用而减小。因此在巴伦耦合系数较大时，可用该方法来调节耦合度，如图5所示。
参照图3和图4，图3中Cm表示两微带线之间的电容，CS1和CS2表示两微带线对地的电容，因此两微带线的耦合系数Ko可简易的表示为：
当添加了额外的接地微带线后，巴伦主体微带线对额外的接地微带线产生的电容为CS3和CS4因此两微带线的耦合系数Ka可简易的表示为：
由于电容CS3和CS4大于电容CS1和CS2，因此Ka小于Ko，这使得添加了额外的接地微带线后巴伦主体微带线间的耦合系数减小。
由于第一串联电容CS1及第二接地端G2连接到第四传输线TL4，两段巴伦主体并不完全对称，因此这两段巴伦主体的耦合系数K1和K2略有差别，且耦合系数K1略大于耦合系数K2。因此第让一微带线M1，第二微带线M2的线宽略宽于第三微带线M3和第四微带线M4，这能让调整后的耦合系数K1和耦合系数K2减少差距，从而改善不平衡度。因此额外的接地微带线在一定程度上减小了巴伦的相位不平衡度及幅度不平衡度，如图6和图7所示。
本发明用不同层金属构建marchand耦合结构，并使他们在水平方向上交错减少耦合从而减少了部分尺寸。
在本发明的一个可选实施例中，本实施例的宽带巴伦采用IPD工艺构建。
其中，宽带巴伦的衬底材料为砷化镓。
其中，所述第一串联电容为MIM平板电容。
其中，所述第一并联电容为MIM平板电容。
其中，所述第二并联电容为MIM平板电容。
本实施例使用IPD工艺实现宽带巴伦，这使得本设计有更加灵活的走线形式以及更高的集成度，能与其他器件进行集成以实现不同性能。基于砷化镓的IPD工艺由于其具有有更高的电子迁移率和更低的介质损耗，适合用于构建小型化微波器件。IPD工艺可以将集总参数元件和分布参数元件进行结合，并具有较高的稳定性和可靠性。
本发明基于IPD工艺的宽带巴伦，由衬底，三个MIM平板电容CP1，CP2，CP3，六段传输线TL1，TL2，TL3，TL4，TL5，TL6，四个接地端G1，G2，G3，G4等部分组成。
本发明提出的基于IPD工艺的宽带巴伦，采用了一种改善通带内相位及幅度不平衡度的方式。
信号从第一输入端口1流入，流经第二传输线TL2，第五传输线TL5，第六传输线TL6，并流入第四传输线TL4，随之流经第一串联电容CS1后接第二接地端G2。其中第五传输线TL5与第六传输线TL6互相耦合。其中第二传输线TL2分别与第一传输线TL1及第一微带线M1和第二微带线M2进行耦合。其中第四传输线TL4分别与第三传输线TL3及第四微带线M4和第五微带线M5进行耦合。
信号从第一输入端口2流入，信号随之分两路，一路经第一并联电容CP1接地，另一路经第一传输线TL1接第三接地端G3。其中第一传输线TL1与第二传输线TL2，第一微带线M1与第二微带线M2互相耦合。
信号从第一输入端口3流入，信号随之分两路，一路经第二并联电容CP2接地，另一路经第三传输线TL3接第二接地端G2。其中第四传输线TL4与第三传输线TL3，第四微带线M4与第五微带线M5互相耦合。
第一微带线组包含第一微带线M1，第二微带线M2及第三微带线M3。第一微带线M1及第二微带线M2接收来自第一传输线TL1及第二传输线TL2的信号后，信号流经第三微带线M3后接第三接地端G3。
第二微带线组包含第四微带线M4，第五微带线M5及第六微带线M6。第四微带线M4及第五微带线M5接收来自第三传输线TL3及第四传输线TL4的信号后，信号流经第六微带线M6后接第四接地端G4。
本发明提出的基于IPD工艺的宽带巴伦使用的衬底材料为砷化镓，所设计的频段为(6GHz-14 GHz)，中心频率为10GHz。该滤波器物理尺寸为690um*800um。通带内最大损耗为4.38dB，回波优于-15dB。通带内幅度不平衡度优于0.213dB，相位不平衡度优于0.137°。
基于上述性能分析可以得出，本发明提供的IPD混合宽带巴伦芯片具有尺寸小，选择性高，相位及幅度不平衡度较低的特点。这使得本发明相较市面上其他同类型产品有更强的优势，这有利于大规模生产和应用。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，包括：
第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线和第六传输线；
所述第二传输线的一端与第一输入端口连接，所述第二传输线的另一端与所述第五传输线的一端连接；所述第五传输线的另一端与所述第六传输线的一端连接，且所述第五传输线与所述第六传输线互相耦合；所述第六传输线的另一端与所述第四传输线的一端连接；所述第四传输线的另一端经过第一串联电容连接第二接地端；
所述第一传输线的一端与第二输入端口连接，所述第一传输线的另一端连接第一接地端，且所述第一传输线与所述第二传输线互相耦合；所述第二输入端口经过第一并联电容连接第三接地端；
所述第三传输线的一端与第三输入端口连接，所述第三传输线的另一端接地，且所述第三传输线与所述第四传输线互相耦合；所述第二输入端口经过第二并联电容连接第四接地端。
2.根据权利要求1所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，还包括：
第一微带线、第二微带线和第三微带线；
所述第一微带线的一端与所述第二微带线的一端连接，所述第一微带线与所述第二微带线的连接端经过第三微带线连接第三接地端，所述第一微带线与所述第二微带线互相耦合。
3.根据权利要求2所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，还包括：
第四微带线、第五微带线和第六微带线；
所述第四微带线的一端与所述第五微带线的一端连接，所述第四微带线与所述第五微带线的连接端经过第六微带线连接第四接地端，所述第四微带线与所述第五微带线互相耦合。
4.根据权利要求3所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，所述第一微带线和所述第二微带线的线宽大于所述第四微带线和所述第五微带线。
5.根据权利要求1所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，宽带巴伦采用IPD工艺构建。
6.根据权利要求5所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，宽带巴伦的衬底材料为砷化镓。
7.根据权利要求5所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，所述第一串联电容为MIM平板电容。
8.根据权利要求5所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，所述第一并联电容为MIM平板电容。
9.根据权利要求5所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，所述第二并联电容为MIM平板电容。
10.根据权利要求1所述的一种基于IPD工艺的小型化宽带巴伦，其特征在于，所述第一串联电容、所述第一并联电容和所述第二并联电容通过调整电容值使其等效电长度等同于宽带巴伦的偶模电长度。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN119481648A true CN119481648A (zh) | 2025-02-18 |
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