900MHz微帶封裝寬邊耦合巴倫的緊湊小型化研究

李志敏　趙川東

摘 要：研究開發(fā)一種新型微帶一體化封裝寬邊耦合巴倫，探討平衡/不平衡型實(shí)際構(gòu)成原理電路及巴倫奇偶模工作條件，由此運(yùn)用ADS等仿真工具設(shè)計(jì)并優(yōu)化出可適用于微帶/多層寬邊耦合小型緊湊化的封裝巴倫，給出中心頻率在900MHz微帶/帶狀耦合型一體化封裝寬帶巴倫的仿真設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)電路與實(shí)測(cè)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：小型化平面微帶封裝巴倫 多層印制板結(jié)構(gòu) 任意寬邊耦合線路

中圖分類號(hào)：TN822 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）005-094-02

1 引言

微波平衡/不平衡型（Marchand）巴倫不僅可以起到類似于功分電橋的阻抗變換的作用，還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)微波電平由不平衡到平衡的信號(hào)轉(zhuǎn)換。正是由于這些特點(diǎn)，使得它在各種模擬與數(shù)字微波電路與天線領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。隨著當(dāng)今射頻通訊技術(shù)的飛速發(fā)展及通訊容量的不斷擴(kuò)大，除要求射頻鏈路具有高隔離，低插損性能及帶寬可調(diào)等主要特性外，對(duì)其結(jié)構(gòu)的緊湊小型化以及抗干擾和防泄漏指標(biāo)等要求也日趨增大。本文簡(jiǎn)單探討了寬邊耦合型平衡/不平衡型（Marchand）巴倫的等效電路及工作原理基礎(chǔ)上，給出了實(shí)用有效的仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提出一種可直接插入任意射頻電路的小型微帶-帶狀線封裝巴倫電路和測(cè)試結(jié)果。

2 平衡/不平衡巴倫工作原理簡(jiǎn)述

以上測(cè)試曲線及測(cè)試數(shù)據(jù)由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試得出，設(shè)備型號(hào)：ADVANTEST R3765BH、頻率范圍：40MHZ-3.8GHZ。本設(shè)計(jì)中ADS仿真的中心頻率為900MHZ，而測(cè)試曲線中可以看到中心頻率為920MHZ，這是在由于在產(chǎn)品的制作材料中，頂層基板和底層基板所用材料均為FR4，此材料的介電常數(shù)誤差范圍較大，一般廠商給出范圍介于4.2-4.8之間，且此板材的介電常數(shù)隨溫度的變化而變化幅度很大，在0-70℃的溫度范圍內(nèi)，它可以變化20%，所以板材介電常數(shù)的偏差會(huì)對(duì)實(shí)際做出的產(chǎn)品中心頻率有所應(yīng)影響，因此在實(shí)際的應(yīng)用中可以考慮采用一些介電常數(shù)相對(duì)穩(wěn)定的板材來做巴倫的頂層基板和底層基板，此頻率偏差的現(xiàn)象即可避免。同時(shí)，由圖5中的測(cè)試曲線可以看出S21和S31的波紋均接近于1dB的誤差范圍。由于此巴倫設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是1：0.5的阻抗變換，在圖3中的輸入端口設(shè)計(jì)阻抗是50歐姆，A、B兩個(gè)輸出端口的設(shè)計(jì)阻抗為25歐姆，但在實(shí)際的測(cè)試過程中由于測(cè)試系統(tǒng)的局限性，在測(cè)試S21和S31的過程中沒有標(biāo)準(zhǔn)的25歐姆匹配負(fù)載，而是用標(biāo)準(zhǔn)的50歐姆負(fù)載代替，所以導(dǎo)致S21和S31測(cè)試曲線波紋較大，由此確定此現(xiàn)象為測(cè)試系統(tǒng)所致，不影響設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

綜上所述，此設(shè)計(jì)仿真結(jié)果和實(shí)際的測(cè)試結(jié)果基本吻合，制作產(chǎn)品基本滿足設(shè)計(jì)要求。此實(shí)驗(yàn)為巴倫小型緊湊化設(shè)計(jì)和直接組裝應(yīng)用于實(shí)際的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供了新的研究開發(fā)方向。

4 結(jié)論

本文完整的制作完成了一款900MHZ微帶一體化封裝寬邊耦合巴倫的仿真和測(cè)試實(shí)驗(yàn)，得出詳細(xì)的測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試曲線，結(jié)合實(shí)際討論測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果的誤差，為以后電路制作應(yīng)用于實(shí)際做了很好的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備，為微波平衡混頻器、倍頻器和推挽式放大器的成功研制提供了基礎(chǔ)。