专利名称：平衡-不平衡变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及变压器领域，特别是涉及一种平衡-不平衡变压器。
背景技术：
平衡-不平衡变压器在电路中能够实现不平衡信号和平衡信号之间的变换，具体地，可以实现一个单独的、不平衡的信号和两个独立的幅度相等的、180度异相的平衡信号之间的变换。这种平衡-不平衡变压器可以通过耦合线的结构来实现，其中，用于接收不平衡信号的输入线通过电磁耦合将不平衡信号耦合到两个单独的输出线。例如，在申请号为201110332261. X的中国专利文献中，公开了一种平衡-不平衡 变压器系统及方法。该平衡-不平衡变压器由包含主线圈与第一次级线圈的第一变压器及包含主线圈与第二次级线圈的第二变压器，其中，第一次级线圈和第二次级线圈连接到接地层，该接地层具有槽口线。尽管现有的各类平衡-不平衡变压器，包括Marchand平衡-不平衡变压器，均能实现不平衡信号和平衡信号之间的变换，但是，该些平衡-不平衡变压器的两个次级线均有一端需要通过通孔短路到地，由此会带来以下许多的问题，尤其是应用在毫米波或以上的高频频段首先，这样的短路方式将会从地引入额外的噪声，尤其是在大规模的集成电路中，地线寄生了许多的杂波，额外的噪声对于整个系统将会产生很大的影响；其次，相对于工艺上的其他步骤，通孔制备的一致性一直都相对不佳，由此产生的偏差将会影响电路的一致性，尤其是高频电路的一致性；第三，由于电流通路将耦合线接地，损耗也会相应的增大；第四，通孔工艺的引入增加了电路的成本，减小了电路的成品率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种插入损耗和噪声小的平衡-不平衡变压器。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平衡-不平衡变压器，其至少包括一端连接第一端口、另一端开路的主线部分；临近所述主线部分以便与所述主线部分形成第一变压器的第一副线部分，其一端
连接第二端口；临近所述主线部分以便与所述主线部分形成第二变压器的第二副线部分，其一端
连接第三端口；与所述第一副线部分的另一端连接以实现短路的第一扇形部分；与所述第二副线部分的另一端连接以实现短路的第二扇形部分。优选地，所述主线部分、第一副线部分、第二副线部分、第一扇形部分以及第二扇形部分处于同一层。
优选地，所述主线部分包括与所述第一副线部分构成第一变压器的第一线部分、与所述第二副线部分构成第二变压器的第二线部分以及连接在第一线部分与第二线部分之间的调谐线部分。优选地，所述第一扇形部分包括与所述第一副线部分的另一端连接的第一匹配线部分及连接所述第一匹配线部分的第一扇形线部分。优选地，第一变压器的短路中心频率和带宽由所述第一匹配线部分的长度、以及所述第一扇形线部分的半径与角度来确定。优选地，所述第二扇形部分包括与所述第二副线部分的另一端连接的第二匹配线部分及连接所述第二匹配线部分的第二扇形 线部分。优选地，第二变压器的短路中心频率和带宽由所述第二匹配线部分的线长、以及所述第二扇形线部分的半径与角度来确定。优选地，第一线部分与第一副线部分的耦合强度由第一线部分的线宽、第一副线部分的线宽及第一线部分与第一副线部分的间距来确定。优选地，第二线部分与第二副线部分的耦合强度由第二线部分的线宽、第二副线部分的线宽及第二线部分与第二副线部分的间距来确定。如上所述，本发明的平衡-不平衡变压器，具有以下有益效果幅度相位不平衡度良好，同时具有低噪声引入、低插入损耗、端口信号幅相不平衡性小、工艺流程简化、工艺一致性好、准确性高和成本低廉，便于大规模集成化生产等优点。
图1显示为本发明的平衡-不平衡变压器示意图。图2显示为本发明的平衡-不平衡变压器耦合部分的布局示意图。图3a显示为本发明的平衡-不平衡变压器的第一扇形部分的布局示意图。图3b显示为本发明的平衡-不平衡变压器的第二扇形部分的布局示意图。图4-图6显示为本发明的平衡-不平衡变压器的特性示意图。元件标号说明I平衡-不平衡变压器
II主线部分
III第一线部分
112第二线部分
113调谐线部分
12第一副线部分
13第二副线部分 14第一扇形部分
141第一匹配线部分
142第一扇形线部分
15第二扇形部分
151第二匹配线部分
152第二扇形线部分
具体实施例方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。 如图所示，本发明提供一种平衡-不平衡变压器。该平衡-不平衡变压器I至少包括主线部分U、第一副线部分12、第二副线部分13、第一扇形部分14、第二扇形部分15。所述主线部分11 一端连接第一端口 101、另一端开路。其中，第一端口 101是不平衡端口。优选地，所述主线部分11包括与所述第一副线部分12构成第一变压器的第一线部分111、与所述第二副线部分13构成第二变压器的第二线部分112以及连接在第一线部分111与第二线部分112之间的调谐线部分113。如图1所示，第一线部分111的一端连接第一端口 101，第二线部分112的一端开路。其中，第一线部分111、第二线部分112、调谐线部分113可以呈任意形状，优选地，包括但不限于直线状、线圈状、蜿蜒状等等。
其中，当第一线部分111、第二线部分112、调谐线部分113均为直线时，调谐线部分113的线长LI可以用于调节、或者调谐所述主线部分11的阻抗匹配，从而达到调谐平衡端口的相位幅度不平衡度，如图2所示。所述第一副线部分12临近所述主线部分11，以便与所述主线部分11形成第一变
压器，其一端连接第二端口 102。其中，第二端口 102是平衡端口。其中，所述第一副线部分12可以呈任意形状，优选地，包括但不限于直线状、线圈状、蜿蜒状等等。其中，当所述第一副线部分12及第一线部分111均为直线时，通过调节第一线部分111的线宽D1、第一副线部分12的线宽D1’及第一线部分111与第一副线部分12的间距D0，可以改变第一线部分111与第一副线部分12的耦合强度。
所述第二副线部分13临近所述主线部分11，以便与所述主线部，11形成第二变压
器，其一端连接第三端口 103。其中，第三端口 103是平衡端口。其中，所述第二副线部分13可以呈任意形状，优选地，包括但不限于直线状、线圈状、蜿蜒状等等。其中，当所述第二副线部分13及第二线部分112均为直线时，通过调节第二线部分112的线宽D2、第二副线部分13的线宽D2’及第二线部分112与第二副线部分13的间距D0’，可以改变第二线部分112与第二副线部分13的耦合强度。此外，调节第一副线部分12的线长LI’和第一线部分111的线长L1、以及第二副线部分13的线长L2’和第二线部分112的线长L2，可以改变两个变压器耦合枝节的等效电长度(Electrical Length),具体来说,第一副线部分12的线长LI’和第一线部分111的线长L1、第二副线部分13的线长L2’和第二线部分112的线长L2的长度大致都在中心频率的90度电长度附近，通过对两者的电长度的联动微调，可以优化平衡-不平衡变压器的幅度相位不平衡度。所述第一扇形部分14与所述第一副线部分12的另一端连接，以实现短路。优选地，所述第一扇形部分14包括与所述第一副线部分12的另一端连接的第一匹配线部分141及连接所述第一匹配线部分141的第一扇形线部分142。其中，通过调节所述第一匹配线部分141的长度L3、以及所述第一扇形线部分142的半径rl与角度0 1，可以改变第一变压器的短路中心频率和带宽，如图3a所示。所述第二扇形部分15与所述第二副线部分13的另一端连接，以实现短路。优选地，所述第二扇形部分15包括与所述第二副线部分13的另一端连接的第二匹配线部分151及连接所述第二匹配线部分151的第二扇形线部分152。其中，通过调节所述第二匹配线部分151的长度L3’、以及所述第二扇形线部分152的半径rl’与角度0 1’，可以改变第二变压器的短路中心频率和带宽，如图3b所示。此外，优选地，所述主线部分11、第一副线部分12、第二副线部分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层，该层可以由石英基板底面电镀金属来实现。然而本领域技术人员应该理解，上面所述的基板材料仅仅是实施例中的例子，本发明同样可以适用于其他基板材料中，比如Si，GaAs，InP等；同样，导电材料的选择也可以是多样的，铝，金，铜，钨等都适用于本发明中。可选的，所有这种合适的材料都可以被使用。
当上述平衡-不平衡变压器I工作在60GHz时，调谐线部分113的线长LO优选是75um，第一线部分111的线宽D1、第二线部分112的线宽D2、第一副线部分12的线宽D1’和第二副线部分13的线宽D2’优选均为50um，第一线部分111与第一副线部分12的耦合间距DO优选是lOum，第二线部分112与第二副线部分13的耦合间距D0’优选是lOum，第一副线部分12的线长LI’和第一线部分111的线长LI优选是790um，第二副线部分13的线长L2’和第二线部分112的线长L2优选是820um ;第一匹配线部分141的长度L3和第二匹配线部分151的长度L3’优选均是90um，第一扇形线部分142的半径rl和第二扇形线部分152的半径rl’优选均是480um，第一扇形线部分142的角度0 I和第二扇形线部分152的角度0 I’优选均是70度。图4至图6示出了本发明的平衡-不平衡变压器工作在60GHz频段的特性曲线，由图可见，本发明的平衡-不平衡变压器 的幅度相位不平衡度良好，同时具有低噪声引入、低插入损耗、端口信号幅相不平衡性小等优点。 综上所述，本发明的平衡-不平衡变压器具有以下优势1.纯平面微带工艺制成，不采用通孔工艺，提高了器件制成的一致性，节约了成本，提闻了成品率；2.不采用通孔短路方式，而是采用扇形分支线匹配的方式，实现了在较窄的范围内的短路，减小了附加噪声引入到电路的可能性，提高了噪声抑制性能；3.采用平面扇形分支线结构，减小了由于通孔带来的寄生效应，减小了平衡-不平衡变压器的插入损耗。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种平衡-不平衡变压器，其特征在于，所述平衡-不平衡变压器至少包括 一端连接第一端口、另一端开路的主线部分； 临近所述主线部分以便与所述主线部分形成第一变压器的第一副线部分，其一端连接第二端口 ； 临近所述主线部分以便与所述主线部分形成第二变压器的第二副线部分，其一端连接第三端口 ； 与所述第一副线部分的另一端连接以实现短路的第一扇形部分； 与所述第二副线部分的另一端连接以实现短路的第二扇形部分。
2.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器，其特征在于所述主线部分、第一副线部分、第二副线部分、第一扇形部分以及第二扇形部分处于同一层。
3.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器，其特征在于所述主线部分包括与所述第一副线部分构成第一变压器的第一线部分、与所述第二副线部分构成第二变压器的第二线部分以及连接在第一线部分与第二线部分之间的调谐线部分。
4.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器，其特征在于所述第一扇形部分包括与所述第一副线部分的另一端连接的第一匹配线部分及连接所述第一匹配线部分的第一扇形线部分。
5.根据权利要求4所述的平衡-不平衡变压器，其特征在于第一变压器的短路中心频率和带宽由所述第一匹配线部分的长度、以及所述第一扇形线部分的半径与角度来确定。
6.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器，其特征在于所述第二扇形部分包括与所述第二副线部分的另一端连接的第二匹配线部分及连接所述第二匹配线部分的第二扇形线部分。
7.根据权利要求6所述平衡-不平衡变压器，其特征在于第二变压器的短路中心频率和带宽由所述第二匹配线部分的线长、以及所述第二扇形线部分的半径与角度来确定。
8.根据权利要求3所述的平衡-不平衡变压器，其特征在于第一线部分与第一副线部分的耦合强度由第一线部分的线宽、第一副线部分的线宽及第一线部分与第一副线部分的间距来确定。
9.根据权利要求3所述的平衡-不平衡变压器，其特征在于第二线部分与第二副线部分的耦合强度由第二线部分的线宽、第二副线部分的线宽及第二线部分与第二副线部分的间距来确定。
全文摘要
本发明提供一种平衡-不平衡变压器。该平衡-不平衡变压器至少包括一端连接第一端口、另一端开路的主线部分；临近所述主线部分以便与所述主线部分形成第一变压器的第一副线部分，其一端连接第二端口；临近所述主线部分以便与所述主线部分形成第二变压器的第二副线部分，其一端连接第三端口；与所述第一副线部分的另一端连接以实现短路的第一扇形部分；与所述第二副线部分的另一端连接以实现短路的第二扇形部分。本发明采用扇形部分来实现短路，消除了由通孔造成的插入损耗和噪声引入，并减小了由于通孔制作造成的工艺一致性和准确性不足的问题。同时，简化了工艺流程，提高了成品率，降低了成本。
文档编号H03H7/42GK103000337SQ20131000107
公开日2013年3月27日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者李凌云, 叶禹, 孙晓玮 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所