将单端信号转换为差分信号的装置、方法以及系统与流程

本发明一般性地涉及使用高性能平衡-不平衡变换(balun)装置将单端信号转换成差分信号或进行相反转换。

背景技术：

平衡-不平衡变换器被用于各种微波和毫米波系统将平衡信号转换成不平衡信号或者进行相反转换。通常，在这样的应用中使用的平衡-不平衡变换器在转换过程中导致信号损耗(signal loss)、相位和振幅不平衡。此外，大多数平衡-不平衡变换器笨重、组装昂贵且产生的差分信号质量易发生波动。此外，许多(特别是高频)平衡-不平衡变换器包括定制的组件，所以它们使用和组装成本过高。鉴于与传统的平衡-不平衡变换器相关联的这些缺点和问题，存在对一种更便宜、有效、高性能的平衡-不平衡变换器，尤其是毫米波带宽平衡-不平衡变换器的需求。

与平衡-不平衡变换器系统、方法和装置相关的上述背景技术仅意在提供对一些当前状况的背景概述，而无意为穷尽性的。关于现有技术的状态的其它背景可以在查阅下面详细描述后变得更清楚。

技术实现要素：

下面给出所公开主题的各个方案的简要概述，以便提供对本文描述的一些方案的基本理解。此概述不是所公开主题的详尽概述。既不旨在标识出所公开主题的关键或重要元素，也不旨在限制这些方案的范围。其唯一目的在于以简化形式呈现所公开主题的一些概念，作为稍后给出的更详细描述的前序。

根据一个或多个实施例和相应的公开内容，结合用于将单端信号转换成差分信号的装置的开发描述各种非限制性方案。在一个实施例中，描述了一种装置。在一方案中，所述装置包括印刷电路板组件，其包括底部金属层和 顶部金属层，其中所述底部金属层通过金属化过孔阵列连接到所述顶部金属层，并且其中所述金属化过孔阵列被布置为形成基片集成波导网络，所述基片集成波导网络被配置为激励特定带宽的单端信号。

在另一方案中，所述装置采用同轴波导适配器组件，其包括同轴电缆端口部和波导端口部，其中所述波导端口部将所述一组电磁波引导到所述基片集成波导网络。在又一方案中，所述装置分别采用第一同轴端子和第二同轴端子，其中第一同轴端子和第二同轴端子耦合所述一组电磁波的第一分组电磁波和第二分组电磁波，从而组成变换后的一组电磁波。

在另一实施例中，描述了一种方法。所述方法包括在一装置的同轴波导适配器的同轴端口部处接收一组电磁波。在一方案中，所述方法还包括经由所述该装置的印刷电路板引导所述一组电磁波，其中所述印刷电路板包括底部金属层和顶部金属层，所述底部金属层连接到形成基片集成网络的金属化过孔阵列的底部，并且所述顶部金属层连接到所述金属化过孔阵列的顶部。在另一方案中，所述方法包括通过所述印刷电路板将所述一组电磁波传输到第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子，其中所述第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子被分别连接到所述金属化过孔阵列的第一金属化过孔和第二金属化过孔。在又一方案中，所述方法包括：从所述第一表面安装同轴端子和所述第二表面安装同轴端子发射所述组电磁波的至少一个分组，其中所述电磁波的所述至少一个分组表示对应于一阻抗带宽的差分信号。

下面的描述和附图阐述所公开主题的具体某些说明性方案。然而，这些方案指出可以采用所公开主题的原理的各种方式中的仅几种，并且所公开主题旨在包括所有这些方案及其等同方案。通过下面对所公开主题的详细描述并结合附图，所公开主题的其它优点和显著特征将变得清楚。

附图说明

下面的详细描述结合附图列举了多个方案和实施例，附图中通篇用相似的附图标记指代相似的部分，并且其中：

图1是用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置的非限制性示例框图。

图2A是示出用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置的几何结构的非限制性示例透视图。

图2B是示出用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置的几何结构的非限制性示例侧视图。

图3A是示出用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置分解后的非限制性示例侧视图。

图3B是示出用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置分解后的非限制性示例尺寸图。

图4A是示出用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置的PCB板组件的底部金属层的非限制性示例示意图。

图4B是示出用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置的PCB板组件的顶部金属层的非限制性示例示意图。

图5是示出使用用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置在各个反射系数处的阻抗带宽的测量结果的非限制性示例图表。

图6是用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的方法的非限制性示例流程图。

图7是用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的方法的非限制性示例流程图。

图8是用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的方法的非限制性示例流程图。

图9是用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的方法的非限制性示例流程图。

图10是用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的方法的非限制性示例流程图。

具体实施方式

参照附图描述本发明的各个方案或特征，附图中通篇使用相似的附图标记指代相似的元件。在本说明书中，阐述许多具体的细节以便提供对本发明的充分理解。然而，应当理解，公开的某些方案可以在没有这些具体细节的情况下实施，或利用其它方法、组件等实施。在其它实例中，以框图形式示 出已知的结构和装置以便于描述和图示各种实施例。

概述

平衡-不平衡变换器被用于各种微波或毫米波应用，用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换。在一般情况下，毫米波带宽的特征是具有很短的波长，并且平衡-不平衡变换器传输毫米波带宽但不能传输高相位和高振幅平衡的波段。此外，毫米波频段的平衡-不平衡变换器常常损耗高和相位和幅度不平衡大。包括定制构建的平衡-不平衡变换器也具有这样的问题且体积大、重量重。因此，本文描述的是将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的高性能平衡-不平衡变换装置。此外，与现有的平衡-不平衡变换器相比，所公开的平衡-不平衡变换器具有独特的结构、紧凑的设计、低生产成本并提供更低的带宽损耗。

在本申请的一个或多个实施例中，单端信号被转换成差分信号或者进行相反的转换。现在参照附图，首先参照图1，示出了装置100的示例的非限制性示意性框图。装置100包括印刷电路板组件110、同轴波导适配器组件(coaxial to waveguide adaptor component)120、矩形窗组件130、第一圆形窗组件142及第二圆形窗组件144。在一方案中，装置100的印刷电路板组件110包括底部金属层104和顶部金属层106，其中底部金属层104通过金属化过孔(metal post)120阵列连接到顶部金属层106，并且其中金属化过孔120阵列被布置为形成基片集成波导(SIW)网络，该基片集成波导网络被配置为传输特定带宽的单端信号。

在另一方案中，装置100的同轴波导适配器组件120包括同轴电缆端口部122和波导端口部124，其中波导端口部124将该组电磁波引导到基片集成波导(SIW)网络。此外，在一方案中，位于底部金属层104上的矩形窗组件130附接到同轴波导适配器组件120。在另一方案中，位于顶层上的第一圆形窗组件142和第二圆形窗组件144分别环绕第一同轴端子146和第二同轴端子148，其中第一同轴端子146和第二同轴端子148耦合该组电磁波的第一分组电磁波和第二分组电磁波，从而生成变换后的差分信号。

在一方案中，印刷电路板组件110是装置100的印刷电子组件。印刷电路板组件110连接各种电子组件，并且印刷电路板组件110包括底部金属层104。底部金属层104上是连接到同轴波导适配器组件120的矩形窗组件 130。在一方案中，同轴波导适配器组件120包括同轴电缆端口部122和波导端口部124。波导端口部分124可以包括电磁波可以通过的波导口或其他接口。端口本身可以是电磁波可以通过的有界平面，并且波导端口部122能够将波引导到基片集成波导(SIW)网络。

在另一方案中，同轴波导适配器组件120还可包括一些其它部件，诸如波导管、波导凸缘、同轴探头组装件或经修正的同轴适配器。在一方案中，波导端口部124可以是WR-15尺寸的波导，并且波导适配器组件120可以包括4孔法兰盘、50欧姆同轴连接器阻抗、同轴连接器系列(例如，1.85mm)、同轴连接器公母头(gender)(例如，母头)、波导适配器样式(例如，直角)。此外，波导适配器组件120可以包括同轴电缆端口部122，其能够连接至同轴电缆。这种同轴波导适配器120实现同轴电缆和波导之间的过渡(例如各种形状的波导)。

在一方案中，同轴波导适配器组件120经由位于底部金属层130上的矩形窗组件130连接到印刷电路板组件110的底部金属层130。这种同轴波导适配器组件120通过若干螺钉和螺钉帽连接至底部金属层130。印刷电路板110包括底部金属层104、顶部金属层106以及金属化过孔阵列120。在一方案中，金属化过孔120阵列被布置在PCB板上以形成基片集成波导(SIW)网络。SIW是局限于例如金属化过孔阵列、顶部金属层106和底部金属层104间围成的结构。SIW是印刷电路板110与同轴波导适配器组件120之间的过渡。波导中传输的电磁波借助于作为SIW的侧壁的通孔(例如，金属化过孔120阵列)被转换为SIW中传输的电磁波。在一方案中，通过波导端口部124经由同轴波导适配器组件120引导一组电磁波。在波导内的电磁波在波导端口部124经过印刷电路板110上的矩形窗口组件，通过电场耦合入SIW的两个壁。由于耦合的对称面为E面(电壁)，流入两个臂的电磁波天然等幅反相，实现非平衡到平衡的变换。

因此，可以从SIW的两个臂获得高质量的差分信号。在另一方案中，位于印刷电路板110的顶部金属层的106上的是第一圆形窗组件142和第二圆形窗组件144，并且通过每个圆形窗突出的分别是第一同轴端子146和第二同轴端子148。SIW将该差分信号的两个部分传输至第一同轴端子146和第二同轴端子148输出。

在另一方案中，装置100可以通过调整印刷电路板110上的组件的几何参数来实现良好的信号匹配。在一方案中，装置100是一种新型的设计，提供优于现有的平衡-不平衡变换器的显著优点。装置100的优点包括具有简单结构的装置、紧凑的尺寸、低组装成本以、低信号损耗及优异的幅度与相位平衡。

作为一个在V频段的例子，虽然传统的平衡-不平衡变换器可以包括3个WR-15同轴适配器、7段波导(例如，直的和弯的)以及1个魔T(Magic-T)组件，但是装置100可以包括1个WR-15同轴适配器、1个印刷电路板110以及两个表面安装同轴端子(APC1.85)。此外，传统的平衡-不平衡变换器可以具有以下性能特性，例如在50-70GHz(S11<-10)处的性能，2.2dB的带宽损耗、<8度的相位不平衡、<1dB的振幅不平衡、170mm最大尺寸以及30000HKD港币的总成本。可替代地，装置100可以具有以下性能特性，例如在57.5-65.4GHz(S11<-15)处的性能，1.5dB的带宽损耗、<5度的相位不平衡、<0.2dB的振幅不平衡、45mm的最大尺寸以及小于2000HKD的总成本。这比较清楚地表明了新装置的优点，使得装置100的设计、有效性和性能有助于提高性能。装置100的另一优点是，与传统的平衡-不平衡变换器在平衡-不平衡变换器的组件(例如，波导的)之间需要许多连接(例如，15个连接)增加带宽的反射不同，装置100仅使用三个连接，从而改善了信号匹配。此外，在一方案中，平衡-不平衡变换器的几何参数可被调整以实现不同的工作带宽。

现在转向图2A和图2B，示出用于单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置100的几何方案的非限制性示例透视图和侧视图。在图2A中示出连接到印刷电路板110的同轴波导适配器组件120。此外，还示出连接到印刷电路板110的第一同轴端子146和第二同轴端子148。图2B示出装置100的几何方案的侧视图。侧视图示出通过螺钉和螺钉帽附接到印刷电路板110的同轴波导适配器组件120。还示出通过螺钉和螺钉帽附接到印刷电路板110的第一同轴端子146和第二同轴端子148。

现在参照图3A和图3B，示出用于将单端信号转换成差分信号或进行相反转换的装置100的几何方案的非限制性示例透视图和侧视图。在图3A中，示出同轴波导适配器组件120、印刷电路板110、第一同轴端子146、第 二同轴端子148、第一圆形窗组件142、第二圆形窗组件144、将每个相应组件附接到印刷电路板110的螺钉和螺帽。所有这些组件被示为分解组件来说明装置100如何互连。在图3B中，以侧视图示出每个组件部分，包括同轴波导适配器组件120。还示出第一同轴端子146，其包括表面安装同轴端子、表面安装螺钉连接器及螺帽。此外，在一方案中，示出印刷电路板110的侧视图。示出的组件部分地组合形成装置100。

现在转向图4A和图4B，示出印刷电路板110的底部金属层104(例如，图4A)和顶部金属层106(例如，图4B)的非限制性示例图。在图4A中，底部金属层104提供矩形窗开口130，其能够附接到波导适配器组件120。还示出能够围绕第一同轴端子146和第二同轴端子148的第一圆形窗组件142和第二圆形窗组件144。印刷电路板110可以包括将各种点和组件电连接在一起的线路和焊盘。在一方案中，印刷电路板110允许信号和功率在装置100的组件之间路由。组件可以通过焊接或机械贴附(例如，用螺钉拧到板上)被附接到印刷电路板110。在图4B中，示出包括第一圆形窗组件142和第二圆形窗组件144的顶部金属层106，其中第一圆形窗组件142和第二圆形窗组件144中的每个都是顶部金属层106和底部金属层的104一部分。还示出允许螺钉穿过的各种孔，以便利于将组件附接到印刷电路板110。

现在转向图5，示出描绘使用装置100的非限制性测量结果的图表。用于小于-15dB的反射系数的阻抗带宽为57.7GHz至65.4GHz。在该阻抗带宽内，插入损耗小于-1.5dB，振幅和相位不平衡分别小于-0.2度和5度。在图5中，装置100的S参数被绘制为以dB为单位的y轴与以GHz为频率单位的x轴的函数。实线示出S11的S参数且虚线示出S21和S31的S参数。

图6至图10示出根据本发明的实施例的方法和/或流程图。为简洁说明，方法被描绘和描述为一系列动作。然而，根据本发明的动作可以按各种顺序和/或并发地发生，并且在本发明中未示出和描述其它动作。此外，并非所有示出的动作都是实现根据所公开主题的方法所必需的。

现在参照图6，示出用于将单端信号转换为差分信号的方法600的非限制性示例流程图。在602处，通过同轴波导适配器(例如，使用同轴波导适配器组件120)的同轴端口部(例如，使用同轴端口部122)接收一组电磁波。在604处，使用印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)引导该组电磁波， 其中印刷电路板包括连接到形成基片集成网络(SIW)的金属化过孔阵列(例如，使用金属化过孔阵列120)底部的底部金属层(例如，使用底部金属层104)，以及连接到金属化过孔阵列顶部的顶部金属层(例如，使用顶部金属层106)。

在606处，通过印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)将该组电磁波(单端信号)传输到第一表面安装同轴端子(例如，使用第一同轴端子146)和第二表面安装同轴端子(例如，使用第二同轴端子148)，其中第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子分别被连接到金属化过孔阵列的第一金属化过孔和第二金属化过孔。在608处，从第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子输出已转换为差分信号的电磁波其中该阻抗带宽是基于与该装置的组件相对应的一组几何参数的布置结构的。

现在参照图7，示出用于将单端信号转换为差分信号的方法700的非限制性示例流程图。在702处，装置的一组几何参数被调整为实现对应于目标阻抗带宽的目标差分信号。在元素704处，通过同轴波导适配器(例如，使用同轴波导适配器组件120)的同轴端口部(例如，使用同轴端口部122)接收一组电磁波。在706处，使用印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)引导该组电磁波，其中印刷电路板包括连接到形成基片集成网络(SIW)的金属化过孔阵列(例如，使用金属化过孔阵列120)底部的底部金属层(例如，使用底部金属层104)，以及连接到金属化过孔阵列顶部的顶部金属层(例如，使用顶部金属层106)。

在708处，该组电磁波通过印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)将该组电磁波传输到第一表面安装同轴端子(例如，使用第一同轴端子146)和第二表面安装同轴端子(例如，使用第二同轴端子148)，其中第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子分别被连接到金属化过孔阵列的第一金属化过孔和第二金属化过孔。在710处，从第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子输出已转换为差分信号的电磁波，其中该阻抗带宽是基于对应于该装置的组件的一组几何参数的布置结构的。

现在参照图8，示出用于将单端信号转换为差分信号的方法800的非限制性示例流程图。在802处，通过同轴波导适配器(例如，使用同轴波导适配器组件120)的同轴端口部(例如，使用同轴端口部122)接收一组电磁波 (单端信号)。在804处，使用印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)引导该组电磁波，其中印刷电路板包括连接到形成基片集成网络(SIW)的金属化过孔阵列(例如，使用金属化过孔阵列120)底部的底部金属层(例如，使用底部金属层104)，以及连接到金属化过孔阵列顶部的顶部金属层(例如，使用顶部金属层106)。

在806处，该组电磁波通过印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)将该组电磁波传输到第一表面安装同轴端子(例如，使用第一同轴端子146)和第二表面安装同轴端子(例如，使用第二同轴端子148)，其中第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子分别被连接到金属化过孔阵列的第一金属化过孔和第二金属化过孔。在808处，从第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子输出已转换为差分信号的电磁波，其中该阻抗带宽是基于对应于该装置的组件的一组几何参数的布置结构的。在810处，通过将差分探头的第一差分端口连接到第一表面安装同轴端子并将差分探头的第二差分端口连接到第二表面安装同轴端子来将差分信号引出。

现在参照图9，示出用于将单端信号转换为差分信号的方法900的非限制性示例流程图。在902处，通过同轴波导适配器(例如，使用同轴波导适配器组件120)的同轴端口部(例如，使用同轴端口部122)接收一组电磁波。在904处，同轴波导适配器的波导端口部连接到将该组电磁波传递到目标位置的波导。在906处，使用印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)引导该组电磁波，其中印刷电路板包括连接到形成基片集成网络(SIW)的金属化过孔阵列(例如，使用金属化过孔阵列120)底部的底部金属层(例如，使用底部金属层104)，以及连接到金属化过孔阵列顶部的顶部金属层(例如，使用顶部金属层106)。

在908处，该组电磁波通过印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)将该组电磁波传输到第一表面安装同轴端子(例如，使用第一同轴端子146)和第二表面安装同轴端子(例如，使用第二同轴端子148)，其中第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子分别被连接到金属化过孔阵列的第一金属化过孔和第二金属化过孔。在910处，从第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子输出已转换为差分信号的电磁波，其中该阻抗带宽是基于对应于该装置的组件的一组几何参数的布置结构的。

现在参照图10，示出用于将单端信号转换为差分信号的方法1000的非限制性示例流程图。在1002处，通过同轴波导适配器(例如，使用同轴波导适配器组件120)的同轴端口部(例如，使用同轴端口部122)接收一组电磁波。在1004处，同轴波导适配器的波导端口部连接到将该组电磁波传递到目标位置的波导。在1006处，使用印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)引导该组电磁波，其中印刷电路板包括连接到形成基片集成网络(SIW)的金属化过孔阵列(例如，使用金属化过孔阵列120)底部的底部金属层(例如，使用底部金属层104)，以及连接到金属化过孔阵列顶部的顶部金属层(例如，使用顶部金属层106)。

在1008处，该组电磁波通过印刷电路板(例如，使用印刷电路板110)将该组电磁波传输到第一表面安装同轴端子(例如，使用第一同轴端子146)和第二表面安装同轴端子(例如，使用第二同轴端子148)，其中第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子分别被连接到金属化过孔阵列的第一金属化过孔和第二金属化过孔。在1010处，从第一表面安装同轴端子和第二表面安装同轴端子输出电磁波(已转换为差分信号)，其中该阻抗带宽是基于对应于该装置的组件的一组几何参数的布置结构的，其中该阻抗带宽的范围从57.7GHz至65.4GHz并具有小于或等于-15dB的反射系数。

以上描述的包括本发明的实施例的例子。当然，为描述所要求保护主题，不可能描述组件或方法的每一个可想到的组合，而是可以理解，各种实施例的许多进一步的组合和排列是可能的。因此，所要求保护主题旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围之内的所有这些改变、修改和变型。虽然为说明目的本发明描述了具体实施例和示例，但是本领域技术人员可以认识到，各种修改也应被视为落入这样的实施例和示例的范围内。

此外，本文使用的词语“示例”或“示例性”表示用作示例、实例或例举。本文中被描述为“示例性”的任何方案或设计不一定被解释为比设计的其它方案更优选或有利。相反，使用词语示例性旨在以具体方式呈现概念。如本申请中使用的，术语“或”意在表示包含性“或”而不是排他性“或”。即，除非另外指明，或从上下文可以清楚看到，“X采用A或B”旨在表示任何自然的包括性排列。也就是说，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B两者，则“X采用A或B”满足任何以上实例。此外，本申请 和所附权利要求书使用的冠词“一(a)”和“一(an)”应被一般性地解释为表示“一个或多个”，除非另外指明或从上下文中明确得知其针对于单数形式。

此外，虽然一方案可以相对于若干实施例之一公开，但在对于任何给定或特定应用可能是期望的和有利的时，这样的特征可以与其它实施例的一个或更多个其它特征组合。此外，术语“包括(includes)”、“包括着(including)”、“具有(has)”、“包含(contains)”及其变形以及其它类似的词语用于详细描述或权利要求中，这些术语旨在是包含性的，类似于作为开放性过渡词的术语“包括(comprising)”，而不排除任何附加或其它元素。例如温度、浓度、时间、比率等数值数据在本文中以范围形式给出。范围形式仅为了方便和简洁。范围形式旨在被灵活地解释为不仅包括明确记载的作为范围界限的数值，还包括该范围内所涵盖的所有单个数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确地记载一样。当在本文中公布时，任何数值旨在隐含地包括术语“大约”。当认为测量值旨在包括在数值中时，可以发生源于实验误差的值。