基于三导体耦合线的毫米波Marchand balun建模与设计

本文提出了一种基于三导体耦合线结构的毫米波Marchand巴伦的新型宽带模型。基于c模和π模理论,对三导体耦合线进行了分析并采用传输线和理想变压器对其建立了模型。通过电磁场仿真提取了模型参数并使用该耦合线模型建立了Marchand巴伦的模型。基于该模型,本文使用GaAs工艺设计了一种毫米波Marchand巴伦并进行了流片制造,所设计的巴伦工作在15GHz~55GHz频率范围,测试结果表明该巴伦具有较好的幅值和相位平衡度,同时验证了模型的准确性。     

基于新型超宽带平面巴伦的双平衡混频器

首次基于新型超宽带平面巴伦,设计了工作于超宽带(3.1¹0.6GHz)频段的二极管双平衡混频器。微带到槽线过渡巴伦具有高通性质,可以阻断直流和中频分量,而微带到共面带线(CPS)过渡巴伦可以提供中频和直流回路,二者与交叉二极管对一起构成平面超宽带双平衡混频器。同时,可在中频端口串接宽阻带低通滤波器,进一步改善射频(RF)和本振(LO)端口到中频(IF)端口的隔离度。根据测试结果,当射频和本振信号工作于3.110.6GHz)频段的二极管双平衡混频器。微带到槽线过渡巴伦具有高通性质,可以阻断直流和中频分量,而微带到共面带线(CPS)过渡巴伦可以提供中频和直流回路,二者与交叉二极管对一起构成平面超宽带双平衡混频器。同时,可在中频端口串接宽阻带低通滤波器,进一步改善射频(RF)和本振(LO)端口到中频(IF)端口的隔离度。根据测试结果,当射频和本振信号工作于3.1¹0.6GHz,中频在DC10.6GHz,中频在DC¹00MHz时,变频损耗小于13dB,三个端口之间的隔离度大于25dB。     

一种小型化带通滤波微带巴伦设计

提出一种小型化带通滤波微带巴伦的设计.在Marchand巴伦的基础上,使用一个半波长和两个1/4波长传输线作为谐振器,在带通滤波微带巴伦的两个输出端口可以获得相同幅度和相反相位的平衡信号.利用谐振器平行线耦合可以观察到通带两侧存在两个传输零点.对提出的中心工作频率在2.65 GHz的带通滤波微带巴伦进行了实物加工与测试...     

用于60GHz CMOS芯片测试的片上巴伦的设计

介绍了一种60GHz频段的测试用片上巴伦,采用调节中间抽头位置的方法来补偿巴伦的不平衡。仿真结果表明其幅度不平衡度为0.01dB,相位不平衡度为2°,损耗为1.1dB。并讨论了如何用二端口矢量网络分析仪来测试巴伦的小信号参数以及如何用巴伦来测试差分电路的差分S参数。     

1-18GHz微带巴伦双平衡混频器

本文介绍了一种微带巴伦多倍频程微波集成双平衡混频器。它是由宽带微带巴伦和二极管电桥组成。这种微带巴伦双平衡混频器显示了良好的噪声特性和隔离特性。在1-18GHz工作频率范围内,最大双边带噪声系数为8.7dB,平均双边带噪声系数约6dB;本振端一信号端、本振端一中频端隔离度均大于15dB。     

基于0.18-μm锗硅BiCMOS工艺的60 GHz匹配型高隔离小型化变压器巴伦

介绍了一种工作在60 GHz频率的具有输出端口间高隔离和全端口匹配特性的小型化变压器巴伦芯片,该芯片采用0.18-μm锗硅BiCMOS工艺设计并加工.通过在60 GHz变压器巴伦的输出端口之间引入隔离电路,提高巴伦的隔离度性能并改善输出端口匹配性能;在此基础上,提出了一种基于左手材料传输线的隔离电路,能大大改善传统隔离...     

宽频带微带传输线巴伦的研究

对具有宽频带特性的微带传输线巴伦进行了研究,并应用微波网络优化理论对其进行了详细的理论分析与设计,数值计算结果与有关文献一致。最后,设计并制做了具有十倍频程的微带传输线巴伦,举例说明了本文方法的有效性。     

基于0.18-μm锗硅BiCMOS工艺的60 GHz匹配型高隔离小型化变压器巴伦

介绍了一种工作在60 GHz频率的具有输出端口间高隔离和全端口匹配特性的小型化变压器巴伦芯片,该芯片采用0.18-μm锗硅BiCMOS工艺设计并加工。通过在60 GHz变压器巴伦的输出端口之间引入隔离电路,提高巴伦的隔离度性能并改善输出端口匹配性能;在此基础上,提出了一种基于左手材料传输线的隔离电路,能大大改善传统隔离电路中分布式传输线尺寸大的问题;为了进一步实现巴伦的小型化,在设计中采用了负载电容补偿技术,同时能改善变压器巴伦输入端口的匹配性能。设计的巴伦芯片经过电磁场仿真,其结果与在片测试结果有较高的一致性,验证了提出的设计方法,设计的巴伦芯片具有全端口匹配和输出端口间高隔离度的特性。基于实测结果,在60 GHz频率处,设计的巴伦芯片实现了超过25 dB的输出端口隔离度和优于18 dB的输出端口回波损耗,且占用尺寸极小,仅为0.022 mm²。     

GaAs单片二极管双平衡混频器

采用0.25μm的GaAs工艺制作了一款单片二极管双平衡混频器。基于环形二极管双平衡混频器的基本工作原理,提出了LO巴伦与RF巴伦的区别所在,并以Marchand巴伦为LO巴伦,以triformer巴伦作为RF巴伦。在优化了局部电路后,再与环形二极管组成整体电路,并对整体电路进行了优化。最后对版图进行EM仿真,并稍作调整以改善EM仿真结果。当本振功率在13dBm时,实测得转换损耗在低本振和高本振下约为11.5dB和10.5dB,LO端口到IF端口和RF端口隔离度分别为30dB和35dB,LO端口和RF端口驻波分别小于2和3.5,实测结果与仿真结果基本一致。     

宽带混频器的优化设计

采用0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计并实现了一款单片宽带混频器.该混频器采用双平衡混频器结构,以串联的两个漏源相连的PHEMT作为环形二极管电桥中的二极管以提升混频器线性度.本振巴伦和射频巴伦均采用螺旋线式Marchand巴伦,为降低巴伦的幅度及相位不平衡度,采用遗传算法对巴伦的几何参数进行了优化设计.该混频器电路采用0.25 μm GaAs PHEMT工艺实现,芯片面积为1.5mm×1.1 mm.测试结果表明,当本振功率为20 dBm时,变频损耗小于7 dB,输入三阶交调点ⅡP3大于22 dBm.本振端口到射频端口和中频端口的隔离度均大于30 dB.     

Design and validation of miniaturize Rat Race Coupler based microstrip Balun

This work presents a compact Balun with enhanced bandwidth and better isolation between output ports using Interdigital Capacitor (IDC). Firstly, a Rat Race Coupler (RRC) is designed, later Balun is proposed by replacing the isolation port with a 50 Ω isolation resistor. The proposed Transmission line (TL) is designed using an IDC in parallel with a high impedance TL. Based on a π-equivalent circuit the proposed TL has been investigated and optimized to achieve 70.7 Ω impedance. The Balun is designed and fabricated. The simulated and fabricated results are in accord. The fractional bandwidth (FBW) of RRC and Balun are 37.5% and 33% respectively at centre frequency 2.4 GHz. The size occupied by the proposed Balun is 0.51λ_g × 0.22λ_g. The structure is low cost, uniplanar and compact.     

双耦合线巴伦设计

基于微带耦合线的四端口网络模型,提出了一种双耦合线巴伦,根据最小反射系数准则,推导出巴伦应满足的阻抗方程,并给出不同带宽所要求的耦合线奇偶模阻抗.最后给出ADS仿真结果及实验结果.     

A Balun-Bandpass filter with good in-band performance and wide stopband

A high performance Balun BandPass Filter (BPF) with capacitively loaded multiple coupled lines with very simple structure is proposed in this paper, this structure realizes simultaneous size reduction and superior harmonic response suppression performance in bandpass filtering meanwhile good differential performance of the Balun. The theory of this structure for unbalanced input into balanced output has been studied in this paper and a proper Balun and BPF characteristic by the symmetric feeding and skew symmetric feeding have been obtained to prove the theory. The enter frequency of the fabricated Balun-BPF is operated at 2.45 GHz with 6.93% Fractional Band Width (FBW), and this frequency is used for Bluetooth and some other communication systems. The differences between the two outputs are 180° ± 1.92° in phase and within 0.33 dB in magnitude. At f ₀, the amplitude imbalance and phase difference are within 0.25 dB and 180.86°, respectively. The measured frequency responses agree well with the simulated ones. With the theoretical analyses and practical results, it is shown that the proposed one has the advantages of simple structure, convenient analysis and good performance of both BPF and Balun.     

一种串联式功分器设计

功分器是微波器件中的基本器件,常见的功分器都是用并联电路来实现,由并联电路的特点可知,当功分比较大时,功分器将存在高阻线,这就增加了加工难度,同时也增大功分器的插损,从而限制了并联式功分器在某些领域的使用。文中提出了一种串联式功分器结构设计,给出了等效电路,并对其进行仿真设计,仿真结果表明此方法是有效的。与Wilkinson功分器相比,串联式功分器工程上能够实现较大的功分比,输出相位差为180°,在超宽带巴仑和平面魔T等方面具有潜在的应用价值。     

微带巴伦馈电圆锥等角螺旋天线设计与实验

无源雷达导引头一般采用宽带天线以满足对空间辐射源的探测和跟踪。圆锥等角螺旋天线具有宽频带和圆极化的辐射性能,因此它是一种合适的无源雷达导引头天线实现方案。为了满足实际项目的需要,本文开展了圆锥等角螺旋天线的设计和实验研究。设计了具体的天线结构和参数,采用微带粘结技术实现圆锥表面共形的等角螺旋天线臂的加工和焊接。设计了一种超宽带微带平衡-不平衡转换器(巴伦)以实现对设计天线的馈电。在微波暗室内对加工的天线进行了测量,给出了辐射方向图、增益、轴比等测试结果。实验结果表明,对于频带1GHz到5GHz工作频率范围,本文设计和加工的天线性能可以满足技术要求,其实验结果为本天线的实际应用奠定了基础。     

一种用于无线局域网的双频带印刷偶极子天线

介绍了一种运用于无线局域网的小型化印刷偶极子天线,它采用对偶极子两个臂开槽结构,使其获得双频带和小型化的特性。采用基于耦合馈电的巴伦馈电方式,使天线具有宽带匹配、结构简单、制作方便、易于集成到无线通信设备中的优点。仿真结果表明,在2.4 GHz和5.8 GHz两个频带的带宽分别为590 MHz(2.13~2.72 GHz约24.33%)和700 MHz(5.24~5.94 GHz约12.52%),而且方向图比较理想。该天线的主要优点是结构简单、体积小、低剖面、成本低、易共形,能够满足WLAN的需要。     

微带线-槽线馈电缝隙等角螺旋天线设计

被动雷达导引头为探测与跟踪目标可采用宽带等角螺旋天线,针对降低等角螺旋天线剖面,该文提出一种低剖面背腔式微带线-槽线馈电缝隙等角螺旋天线。微带线-槽线巴伦(Balun)中渐变微带线将同轴线激励的不平衡电场最终转化为槽线处平衡电场。实测结果表明,该缝隙等角螺旋天线实现了1:9的电压驻波比(VSWR)带宽,良好的辐射方向图与圆极化特性。在天线背面加入高度仅有0.05L(L为最低工作频率所对应自由空间中波长)的反射腔,腔内放置矩形环状吸波材料,有效拓展了天线低频段带宽。测试结果表明带有反射腔的缝隙等角螺旋天线实现了1:6.4的电压驻波比带宽,天线增益大于4 dB,良好的圆极化与方向图特性。平面化、一体化的馈电方式与低剖面反射腔有效降低了缝隙等角螺旋天线剖面,测试结果验证了该文所提出的微带线-槽线巴伦馈电缝隙等角螺旋天线设计方法的有效性。     

Co-design of a wideband double-balanced active mixer and transformer-based baluns for 77 GHz radar applications

This paper presents a 130-nm BiCMOS active mixer dedicated to 77 GHz automotive radar applications. The architecture is based on a double-balanced Gilbert cell with integrated transformer-based baluns. Interconnections between devices, capacitor accesses and Tee-junctions are modeled using EM software in order to improve the simulation accuracy. Focusing on wideband operation, the transformer-based baluns are considered as part of the input matching network. Sizing of the transformer is detailed along with its amplitude and phase balance performances. The design of the input matching circuit integrating the transformer is presented, providing a 12-GHz bandwidth. Measured noise figure, conversion gain and compression point of the mixer are displayed and compared to the state of the art.     

宽带巴伦的研究与仿真

在宽带Marchand巴伦设计中,为获得高宽带,并得到较好的端口匹配性能,采用三线耦合微带线代替双线耦合线增加耦合度以扩展带宽。同时利用电容、电感补偿法和阻抗网络法提高端口匹配性能。仿真结果表明：在满足宽带的要求下,端口匹配度、输出平衡度和相位差都得到较大改善。在20GHz～55GHz带宽内,S22,S33均小于-15dB,S23小于-10dB,S21在-3.6dB左右,幅度差为0.1dB左右。