專利名稱：平衡－不平衡變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及微分電路，特別地涉及平衡-不平衡變換器。
眾所周知，微分電路技術(shù)能提供較好的電路和電路間的隔離并能改善電路的動(dòng)態(tài)范圍。一個(gè)典型的前端采用微分電路布局的射頻(RF)接收機(jī)如附圖的

圖1所示。這個(gè)射頻接收機(jī)100包含一個(gè)用來(lái)接收RF信號(hào)的平衡-不平衡變換器102。這個(gè)平衡-不平衡變換器接收不平衡(單端的)信號(hào)并將它變換成平衡(微分)的信號(hào)104。微分信號(hào)104涉及兩個(gè)幅度相等但相位相差180度的信號(hào)。
這個(gè)微分信號(hào)104饋送到一個(gè)低噪聲放大器(LNA)106。這個(gè)低噪聲放大器可通過(guò)一個(gè)自動(dòng)增益控制器(AGC)加以控制。然后一個(gè)放大了的微分信號(hào)108經(jīng)一個(gè)帶通濾波器(BPF)110濾波。這個(gè)經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)112然后在混合器114中和一個(gè)本機(jī)振蕩器(LO)信號(hào)混合。這個(gè)本機(jī)振蕩器信號(hào)是從正交相位分裂器116分裂出來(lái)的。于是混合器114產(chǎn)生了一個(gè)正交輸出信號(hào)QIQI。
可攜帶的和可移動(dòng)的無(wú)線電產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)者正在不斷地尋找能簡(jiǎn)化接收機(jī)設(shè)計(jì)和減少元件數(shù)量，尺寸和價(jià)格的途徑。人們希望有一種簡(jiǎn)化的RF接收機(jī)，它能達(dá)到這些目的而同時(shí)能保持對(duì)隔離，動(dòng)態(tài)范圍，靈敏度和頻率選擇性的要求。
圖1是射頻接收機(jī)的一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的方框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明制作的傳輸線平衡-不平衡變換器。
圖3是圖2中電路的模擬頻率響應(yīng)圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明制作的平衡-不平衡變換器的另一個(gè)實(shí)施方案。
圖5是根據(jù)本發(fā)明制作的平衡-不平衡變換器的又一個(gè)實(shí)施方案。
圖6是根據(jù)本發(fā)明制作的帶通濾波器。
圖7根據(jù)本發(fā)明制作的圖6的濾波器的模擬頻率響應(yīng)圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明制作的射頻接收機(jī)。
雖然本說(shuō)明以定義本發(fā)明的被看作新奇的特點(diǎn)的權(quán)利要求結(jié)束語(yǔ)，我們相信結(jié)合所附的圖形，其中標(biāo)有參照的數(shù)字，考察下列的描述，就能較好地理解本發(fā)明。
一個(gè)傳輸線耦合器是一個(gè)四端，四口網(wǎng)絡(luò)，它可由在一個(gè)特定頻率上的它的耦合因子，K，它的阻抗Z。和電長(zhǎng)度θ完全予以表征。許多可能的兩口網(wǎng)絡(luò)可以由將終端中的兩個(gè)或者開(kāi)路或者短路來(lái)形成以提供兩極帶通濾波器，它也稱為四分之一波長(zhǎng)耦合器。
根據(jù)本發(fā)明，兩個(gè)傳輸線耦合器，一個(gè)是終端開(kāi)路結(jié)構(gòu)，一個(gè)是短路結(jié)構(gòu)，耦合在一起以形成不對(duì)稱的一對(duì)組合。當(dāng)結(jié)合在一起時(shí)，它們顯示出一個(gè)平衡-不平衡變換器的獨(dú)特的性能?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，那里畫出了根據(jù)本發(fā)明制作的平衡-不平衡變換器200。這個(gè)平衡-不平衡變換器200包含第一和第二個(gè)傳輸線耦合器202，204。傳輸線耦合器的接地盡管沒(méi)有畫出來(lái)，但是我們已隱含假定它是接地的，每個(gè)傳輸線耦合器202，204構(gòu)成一個(gè)兩極帶通濾波器，一個(gè)形成開(kāi)路結(jié)構(gòu)，而另一個(gè)形成短路結(jié)構(gòu)。這些傳輸線耦合器也稱為四分之一波長(zhǎng)耦合器，202，204。這兩個(gè)傳輸線耦合器202，204耦合在一起以形成一個(gè)三口的平衡-不平衡變換器，它有一個(gè)輸入口1和第一和第二輸出口，2，3。這個(gè)平衡-不平衡變換器200在輸入口206接收一個(gè)射頻(RF)信號(hào)并在第一和第二輸出口，2，3產(chǎn)生一個(gè)微分輸出信號(hào)。
這個(gè)傳輸線耦合器202是由第一和第二個(gè)相鄰的傳輸線206，208組成的，這兩個(gè)傳輸線是通過(guò)在一個(gè)特定頻率上3分貝的耦合因子和90度的電長(zhǎng)度耦合在一起的。這兩個(gè)耦合的傳輸線提供了第一，第二，第三和第四個(gè)終端210，212，214，216。第一和第四個(gè)終端210，216是對(duì)角相反和開(kāi)路的。第三個(gè)終端214起著輸入終端的作用，而第二個(gè)終端212起著輸出終端的作用。
這第二個(gè)傳輸線耦合器204是由第三和第四個(gè)相鄰的傳輸線218，220組成的，這兩個(gè)傳輸線是通過(guò)在一個(gè)特定頻率上3分貝的耦合因子和90度的電長(zhǎng)度耦合在一起的。這些耦合的傳輸線218，220提供了第一，第二，第三和第四個(gè)終端222，224，226，228。第一個(gè)終端222起著輸入終端的作用，而第二和第三個(gè)終端224，226是對(duì)角相反和短路到地電位的。第四個(gè)終端228起著輸出終端的作用。第一個(gè)傳輸線耦合器202的輸入端214和第二個(gè)傳輸線耦合器204的輸入端222耦合在一起，形成接收射頻信號(hào)的輸入口1。第一個(gè)傳輸線耦合器202的輸出端212和第二個(gè)傳輸線耦合器204的輸出端228提供了為響應(yīng)RF信號(hào)而產(chǎn)生一個(gè)微分輸出信號(hào)的第一和第二個(gè)輸出口2，3。
本發(fā)明的平衡-不平衡變換器可以構(gòu)成許多不同的形式，但是必須在一個(gè)傳輸線耦合器中保持對(duì)角相反和短路到地電位的終端，而在另一個(gè)傳輸線耦合器中保持對(duì)角相反和開(kāi)路的終端。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，那里標(biāo)出了對(duì)于畫在圖2中的平衡-不平衡變換器的模擬頻率響應(yīng)圖300。對(duì)于這個(gè)模擬，每個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器都由在頻率f為850兆赫茲(MHz)時(shí)的耦合因子為3分貝，阻抗Z0近似為70歐姆和電長(zhǎng)度為90度予以表征。這個(gè)電路模擬是在0.65千兆赫茲(GHz)到1.05GHz的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行的。在輸入口的反射損耗，S11，其大小由標(biāo)志符302顯示。在輸入口和第一輸出口之間的插入損耗，S2P由標(biāo)志符304表示。在第一口和第一輸出口之間的插入損耗S31，由標(biāo)志符306表示。這個(gè)窄帶響應(yīng)導(dǎo)致非常好的微分相位響應(yīng)，對(duì)于在微分相位角中2度的非常嚴(yán)格的容差，已得到近似為百分之三十的帶寬。
概略地說(shuō)，本發(fā)明的平衡-不平衡變換器包括有對(duì)角相反和開(kāi)路的終端和對(duì)角相反短路到地的終端，然而一個(gè)熟練的技術(shù)人員能估計(jì)到這個(gè)物理裝置可以采取許多形式。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，那里畫出了本發(fā)明的平衡-不平衡變換器的另一種實(shí)施方式。在這個(gè)等距剖開(kāi)的示意圖中，平衡-不平衡變換器400是用第一和第二個(gè)傳輸線耦合器402，404組成的，在那里每個(gè)耦合器402，404包含有相鄰的或位于同一地點(diǎn)的傳輸線，這些傳輸線在一個(gè)基片401的平行平面上相互耦合。耦合器402由位于同一地點(diǎn)的傳輸線406，408組成，而耦合器404由位于同一地點(diǎn)的傳輸線410，412組成。在第一個(gè)耦合器402中，一對(duì)相對(duì)的位于平行平面上的終端414，416短路到地418，而在第二個(gè)耦合器404中，一對(duì)相對(duì)的終端420，422是開(kāi)路的。終端424，426耦合在一起以提供輸入口1，而終端428，430提供第一和第二個(gè)輸出口2，3。
所以，當(dāng)概略地畫出對(duì)角相反時(shí)，一個(gè)熟練的技術(shù)人員可以估計(jì)到在這個(gè)物理裝置中，不對(duì)稱接地可將在相對(duì)平面上的平行傳輸線的相對(duì)終端短路到地(和開(kāi)路)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖5畫出了本發(fā)明的平衡-不平衡變換器的又一種實(shí)施方式500，它用的是一個(gè)螺旋傳輸線耦合器裝置。在這個(gè)暴露的示圖中，畫出了兩個(gè)位于外邊的基片層502，504，它們提供了接地平面501，503和第一和第二個(gè)鑲嵌在其間的內(nèi)部基片層506，508。第一基片層506包含有第一和第二個(gè)耦合螺旋部分512，514的傳輸線510。第二基片層508包含有第一和第二個(gè)螺旋傳輸線516，518，它們基本上是在平行平面中的第一基片層的鏡像。第一基片層506上，一個(gè)結(jié)點(diǎn)，或終端，520連接第一和第二個(gè)螺旋部分512，514并起著平衡-不平衡變換器的一個(gè)輸入口1的作用。在第一個(gè)螺旋512的一端是開(kāi)路的，終端522，而在第二個(gè)螺旋512的另一端是短路到地的，終端524。
在第二基片層508上，二個(gè)螺旋部分516，518和一個(gè)終端526斷開(kāi)，這個(gè)終端是短路到地的，而另一個(gè)終端528是開(kāi)路的。第二基片層的第一和第二個(gè)螺旋部分的外終端提供第一和第二個(gè)輸出口2，3。
概略地說(shuō)，所有這些平衡-不平衡變換器的實(shí)施方式的布局仍然有對(duì)角相反和開(kāi)路的終端和對(duì)角相反短路到地的終端的不對(duì)稱特性。然而一個(gè)熟練的技術(shù)人員可以估計(jì)到在這個(gè)物理裝置中可以采用許多不同的布局，就象前面所描述過(guò)的實(shí)施方式所演示的。
通過(guò)加入調(diào)諧元件，如電容或電感，可以容易地在本發(fā)明的平衡-不平衡變換器中加入頻率靈敏度?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，那里畫出了加入如圖2所示的平衡-不平衡變換器200的一個(gè)帶通濾波器600。帶通濾波器600包含有第一和第二個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器202，204以及數(shù)個(gè)調(diào)諧元件。這些調(diào)諧元件在這里由安置在基片601上的電容CS1，CS2，CS3，CP1，CP2和CP3表示。這些調(diào)諧元件耦合到輸入口1和第一和第二個(gè)輸出口2，3。這些調(diào)諧元件CS1，CS2，CS3，CP1，CP2和CP3為帶通濾波器600提供了頻率選擇性。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，那里畫出了根據(jù)本發(fā)明制作的如圖6所示的濾波器的模擬頻率響應(yīng)圖。在這個(gè)模擬中，用到在頻率850兆赫茲上的耦合因子，K，為3分貝，阻抗Z近似為70歐姆和電長(zhǎng)度為90度。電容的近似值選擇為CS1＝1.48微微法(pF)，CS2＝2.2pF，CS3＝2.2pF，CP1＝2.5pF，CP2＝5.6pF，和CP35.6pF。圖700顯示出非常好的微分相位響應(yīng)和對(duì)于兩個(gè)輸出口的一個(gè)兩極濾波器的特性。輸入口的反射損耗，S11由標(biāo)志符702表示。在第一輸出口和輸入口之間的插入損耗，S21，由標(biāo)志符704表示，在第二輸出口和輸入口之間的插入損耗，S31由標(biāo)志符706表示。
頻率選擇性可類似地加到根據(jù)本發(fā)明制作的平衡-不平衡變換器的所有實(shí)施方式中。這樣，不管布局如何，可以通過(guò)加入調(diào)諧元件很容易地制作出各種不同的帶通濾波器。
接收機(jī)電路前端可以用本發(fā)明描述的帶通濾波器大大地加以簡(jiǎn)化。本發(fā)明描述的帶通濾波器600可以很容易地在許多材料上，如印刷電路板和陶瓷上制成。將帶通濾波器的作用加到平衡-不平衡變換器200上去可消除無(wú)線電接收機(jī)中對(duì)分開(kāi)的帶通濾波器的需要。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，那里畫出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明制作的采用微分電路布局的無(wú)線電。無(wú)線電接收機(jī)800包含有帶通濾波器(BPF)600，它結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明制作的一個(gè)平衡-不平衡變換器和一個(gè)雙級(jí)帶通濾波器的功能。帶通濾波器600接收不平衡(單端的)信號(hào)并將它變換成經(jīng)過(guò)濾波的平衡的(微分)信號(hào)802。將這個(gè)經(jīng)過(guò)濾波的微分信號(hào)802饋送到一個(gè)低噪聲放大器(LNA)804中，這個(gè)放大器是由一個(gè)自動(dòng)增益控制器(AGC)控制的。然后這個(gè)放大了的微分信號(hào)806在混合器808中和一個(gè)本機(jī)振蕩器(LO)信號(hào)混合，這個(gè)本機(jī)振蕩器信號(hào)是從一個(gè)正交相位分裂器分裂出來(lái)的。于是這個(gè)混合器808產(chǎn)生出一個(gè)正交輸出信號(hào)QIQI。所以本發(fā)明描述的帶通濾波器通過(guò)將平衡-不平衡變換器和濾波器的功能結(jié)合到一個(gè)電路中簡(jiǎn)化了接收機(jī)的設(shè)計(jì)。消除現(xiàn)有技術(shù)的濾波器而仍然保留電路的微分特點(diǎn)就可用較少的元件提供優(yōu)越的抗擾性?，F(xiàn)在接收機(jī)電路的元件數(shù)目和整個(gè)尺寸可以減少了，這就提供了使價(jià)格降低的優(yōu)點(diǎn)。
制成本發(fā)明描述的平衡-不平衡變換器有微分輸出的帶通濾波器可以從微波頻率擴(kuò)展到800-900兆赫茲，超高頻(UHF)和甚高頻(VHF)，基本上覆蓋了全部可攜帶和可移動(dòng)的無(wú)線電產(chǎn)品的頻譜。除了濾波器外，由本發(fā)明描述的傳輸線平衡-不平衡變換器可在各種不同的其它的無(wú)線電電路中找到應(yīng)用，在這些電路中希望利用微分拓?fù)鋵W(xué)，例如混合器或簡(jiǎn)單到一種改進(jìn)的變換器。由本發(fā)明描述的傳輸線平衡-不平衡變換器可以采用各種不同的布局拓?fù)鋵W(xué)，使它能很容易地在單層和多層基片上實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)闡明和描述了本發(fā)明優(yōu)先選用的實(shí)施方式后，顯而易見(jiàn)本發(fā)明并不僅限于此。對(duì)于那些熟練技術(shù)的人員來(lái)說(shuō)，可以有許多修改，改動(dòng)，變化，替換和等效的電路，而不脫離本發(fā)明的精神和范疇，如下面附加的要求所定義的。
權(quán)利要求
1.一個(gè)平衡-不平衡變換器，包括第一個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器，它有兩個(gè)對(duì)角相反短路到地電位的終端，一個(gè)輸入終端和一個(gè)輸出終端；第二個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器，它有兩個(gè)對(duì)角相反開(kāi)路的終端，一個(gè)輸入終端和一個(gè)輸出終端，第一個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器輸入終端和第二個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器的輸入終端耦合形成為接收射頻信號(hào)的第一個(gè)輸入口；第一個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器的輸出終端和第二個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器的輸出終端提供了為產(chǎn)生和射頻信號(hào)相應(yīng)的微分輸出信號(hào)的第一個(gè)和第二個(gè)輸出口。
2.在權(quán)利要求1中描述的平衡-不平衡變換器進(jìn)一步包括耦合到這個(gè)輸入口和第一個(gè)和第二個(gè)輸出口的多個(gè)調(diào)諧元件，例如控制帶通濾波器頻率選擇性的多個(gè)調(diào)諧元件。
3.在權(quán)利要求2中描述的平衡-不平衡變換器，其中第一個(gè)和第二個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器是安置在單個(gè)基片平面上的。
4.在權(quán)利要求2中描述的平衡-不平衡變換器，其中第一個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器安置在第一和第二個(gè)基片平面上，和第二個(gè)分四分之一波長(zhǎng)耦合器也安置在第一和第二個(gè)基片平面上。
5.一個(gè)帶通濾波器，包括一個(gè)傳輸線平衡-不平衡變換器，包括第一個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器，它有兩個(gè)對(duì)角相反短路到地的終端，一個(gè)輸入終端和一個(gè)輸出終端；第二個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器，它有兩個(gè)對(duì)角相反開(kāi)路的終端，一個(gè)輸入終端和一個(gè)輸出終端，第一個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器的輸入終端和第二個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器的輸入終端耦合形成為接收射頻信號(hào)的第一個(gè)輸入口；第一個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器的輸出終端和第二個(gè)四分之一波長(zhǎng)耦合器的輸出終端提供了為產(chǎn)生和射頻信號(hào)相應(yīng)的微分輸出信號(hào)的第一個(gè)和第二個(gè)輸出口；為了控制帶通濾波器的頻率選擇性，這些調(diào)諧元件耦合到輸入口和第一和第二個(gè)輸出口。
全文摘要
第一和第二個(gè)傳輸線耦合器(202,204),一個(gè)形成不對(duì)稱開(kāi)路結(jié)構(gòu),而另一個(gè)形成不對(duì)稱的短路結(jié)構(gòu),耦合在一起以形成一個(gè)平衡－不平衡變換器(200)。平衡－不平衡變換器(200,400,500)可用三口的帶通濾波器(800)或其它的微分電路制成,從而將一個(gè)平衡－不平衡變換器和一個(gè)二極的濾波器的功能結(jié)合到一個(gè)電路中。
文檔編號(hào)H04B1/30GK1173054SQ97115320
公開(kāi)日1998年2月11日 申請(qǐng)日期1997年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月5日
發(fā)明者谷旺昌·阿爾伯特 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司