Marchand平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器和使用Marchand平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器的功率放大器的制造方法
【專利摘要】Marchand平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器具有寬度小于兩個(gè)次級(jí)傳輸線的初級(jí)傳輸線。兩個(gè)次級(jí)傳輸線還具有不同寬度和長度。這種布置提供了傳輸線寬度和長度之間的失衡。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種寬度和長度的失衡能夠改善幅度不平衡和相位不平衡。
【專利說明】Marchand平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器和使用Marchand平衡-不 平衡轉(zhuǎn)換器的功率放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種Marchand平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器（balun)，例如，用于在功率放大器 (PA)的輸入處。

【背景技術(shù)】
[0002] 將平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器用于在平衡（差分）和不平衡（單端）信號(hào)格式之間進(jìn)行 轉(zhuǎn)換。
[0003] 不平衡信號(hào)（共模）以地為參考，而平衡信號(hào)在兩個(gè)信道上進(jìn)行傳播，不以地為參 考。平衡信號(hào)在每個(gè)端口上具有相同幅度，但相位差為180°。因此，在兩個(gè)輸出信道的中 間點(diǎn)處存在虛擬地。
[0004] 圖1示出了平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器的簡化示意圖。在一側(cè)上，存在單端端口（端口 1)，在另一側(cè)上，存在一對(duì)差分端口（端口 2和端口 3)。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器可以在任一方 向上使用。
[0005] 平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器是平衡混頻器、推挽放大器和天線的關(guān)鍵組件。除了不平衡 和平衡信號(hào)模式之間的轉(zhuǎn)換之外，一些平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器還提供阻抗變換。
[0006] 理論上，理想平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器在兩個(gè)差分信道上傳送具有相同幅度和180° 反相的信號(hào)，然而在實(shí)踐中幾乎無法實(shí)現(xiàn)。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器總是易受到幅度和相位的 失衡。這些參數(shù)對(duì)處理差分信號(hào)的電路的性能具有負(fù)面影響，因此，應(yīng)最小化這些參數(shù)和插 入損耗。
[0007] 圖2示出了上述理想平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器的特性。
[0008] 本發(fā)明特別關(guān)注例如使用LDM0S(橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)的功率（差 分）放大器。這種技術(shù)引入RF功率市場已超過10年，作為雙極器件的替代?，F(xiàn)在將LDM0S 認(rèn)為是許多RF功率應(yīng)用（例如，基站、廣播和雷達(dá)微波系統(tǒng)）的技術(shù)選擇。
[0009] LDM0S非常可靠、堅(jiān)固和合算，以及具有同級(jí)別最佳RF性能。蜂窩基站功率放大器 的LDM0S晶體管經(jīng)歷了顯著的發(fā)展，其中在可用輸出功率、功率增益、功率附加效率和線性 度方面有明顯的改善，在熱載流子可靠性和熱敏電阻方面也有改善。
[0010] 具體地，本發(fā)明涉及一種適合于這種RF功率放大器的集成平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器設(shè) 計(jì)。將平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器廣泛地用于微波應(yīng)用中。
[0011] 如上所述，幅度和相位失衡可以劣化平衡一不平衡轉(zhuǎn)換器的性能。以下解釋了這 兩個(gè)參數(shù)的失衡到底如何影響推挽功率放大器。
[0012] 可以定義施加到平衡一不平衡轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)信號(hào)Vl(t) = vlC〇s(〇n)和V2(t)= V2cos (ω t)，在輸出處得到的信號(hào)是v (t) = Vcos (ω t)(假定平衡側(cè)是輸入，不平衡側(cè)是輸 出）。
[0013] 為了確定由相位失衡產(chǎn)生的損耗，可以將力⑴和?⑴假定為具有相同幅度，而 相位相差180° :
[0015]
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種Marchand平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，包括： 初級(jí)傳輸線（90)，從第一初級(jí)端口（端口 1)到開口端，長度與所需操作范圍內(nèi)波長的 一半相對(duì)應(yīng)； 第一次級(jí)傳輸線（60)，從第一次級(jí)端口（端口 2)到地，長度與所需操作范圍內(nèi)波長的 四分之一相對(duì)應(yīng)； 第二次級(jí)傳輸線（62)，從地到第二次級(jí)端口（端口 3)，長度與所需操作范圍內(nèi)波長的 四分之一相對(duì)應(yīng)，第一和第二次級(jí)傳輸線（60,62)各自與初級(jí)傳輸線（90)的相應(yīng)部分電磁 耦合，遵循初級(jí)傳輸線（90)的相應(yīng)部分的形狀； 其中所述初級(jí)傳輸線（90)的寬度小于第二次級(jí)傳輸線（62)，第二次級(jí)傳輸線（62)的 寬度小于第一次級(jí)傳輸線（60)，以及 其中所述第一次級(jí)傳輸線（60)長于第二次級(jí)傳輸線（62)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，其中所述第二次級(jí)傳輸線￠2)的寬度 超過初級(jí)傳輸線（90)寬度的二倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，其中所述第一次級(jí)傳輸線￠0)的寬度 超過初級(jí)傳輸線寬度的三倍。
4. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，其中所述第一次級(jí)傳輸線（60) 包括線圈形狀，所述線圈形狀在中心處具有接地連接，在外圍處具有第一次級(jí)端口。
5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，其中所述第二次級(jí)傳輸線（62) 包括線圈形狀，所述線圈形狀在中心處具有接地連接，在外圍處具有第二次級(jí)端口。
6. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，其中所述第一次級(jí)傳輸線（60) 比第二次級(jí)傳輸線￠2)長高達(dá)20%，優(yōu)選地，僅比第二次級(jí)傳輸線￠2)長高達(dá)10%。
7. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，其中所述初級(jí)傳輸線（90)的寬 度是3 μ m到10 μ m，所述第一次級(jí)傳輸線（60)的寬度是20 μ m到40 μ m，所述第二次級(jí)傳 輸線（62)的寬度是10 μ m到20 μ m。
8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，其中所述初級(jí)傳輸線（90)的長 度是5mm到15mm，所述第一和第二次級(jí)傳輸線的長度是2. 5mm到7. 5mm。
9. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，包括電阻率小于20m Ω -cm的襯 底。
10. -種功率放大器，包括： 輸入平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器（150)，用于將RF輸入轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)差分對(duì)，其中所述平 衡-不平衡轉(zhuǎn)換器是根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器；以及 放大器電路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的放大器，其中所述放大器電路包括推挽放大器級(jí)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的放大器，其中所述放大器電路包括其間具有匹配網(wǎng)絡(luò) (156)的兩個(gè)推挽放大器級(jí)（154,158)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的放大器，還包括在輸入平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器（150)和放 大器電路之間的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)（152)，其中輸入平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器（150)、輸入匹配網(wǎng)絡(luò) (152)和放大器電路（154,158)形成為單片微波集成電路MMIC，所述功率放大器還包括用 于轉(zhuǎn)換到單端輸出的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)（160)和輸出平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器（162)，所述輸出匹配 網(wǎng)絡(luò)和輸出平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器形成在MMIC的外部。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的放大器，包括LDMOS電路。
【文檔編號(hào)】H03F3/20GK104241795SQ201410255288
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】杰拉德·簡-路易斯·布伊斯, 拉耶夫·布斯吉特 申請人:恩智浦有限公司