Marchand平衡-不平衡转换器和使用Marchand平衡-不平衡转换器的功率放大器的制造方法
【专利摘要】Marchand平衡-不平衡转换器具有宽度小于两个次级传输线的初级传输线。两个次级传输线还具有不同宽度和长度。这种布置提供了传输线宽度和长度之间的失衡。已经发现这种宽度和长度的失衡能够改善幅度不平衡和相位不平衡。
【专利说明】Marchand平衡-不平衡转换器和使用Marchand平衡-不 平衡转换器的功率放大器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种Marchand平衡-不平衡转换器（balun)，例如，用于在功率放大器 (PA)的输入处。
【背景技术】
[0002] 将平衡-不平衡转换器用于在平衡（差分）和不平衡（单端）信号格式之间进行 转换。
[0003] 不平衡信号（共模）以地为参考，而平衡信号在两个信道上进行传播，不以地为参 考。平衡信号在每个端口上具有相同幅度，但相位差为180°。因此，在两个输出信道的中 间点处存在虚拟地。
[0004] 图1示出了平衡-不平衡转换器的简化示意图。在一侧上，存在单端端口（端口 1)，在另一侧上，存在一对差分端口（端口 2和端口 3)。平衡-不平衡转换器可以在任一方 向上使用。
[0005] 平衡-不平衡转换器是平衡混频器、推挽放大器和天线的关键组件。除了不平衡 和平衡信号模式之间的转换之外，一些平衡-不平衡转换器还提供阻抗变换。
[0006] 理论上，理想平衡-不平衡转换器在两个差分信道上传送具有相同幅度和180° 反相的信号，然而在实践中几乎无法实现。平衡-不平衡转换器总是易受到幅度和相位的 失衡。这些参数对处理差分信号的电路的性能具有负面影响，因此，应最小化这些参数和插 入损耗。
[0007] 图2示出了上述理想平衡-不平衡转换器的特性。
[0008] 本发明特别关注例如使用LDM0S(横向扩散金属氧化物半导体）技术的功率（差 分）放大器。这种技术引入RF功率市场已超过10年，作为双极器件的替代。现在将LDM0S 认为是许多RF功率应用（例如，基站、广播和雷达微波系统）的技术选择。
[0009] LDM0S非常可靠、坚固和合算，以及具有同级别最佳RF性能。蜂窝基站功率放大器 的LDM0S晶体管经历了显著的发展，其中在可用输出功率、功率增益、功率附加效率和线性 度方面有明显的改善，在热载流子可靠性和热敏电阻方面也有改善。
[0010] 具体地，本发明涉及一种适合于这种RF功率放大器的集成平衡-不平衡转换器设 计。将平衡-不平衡转换器广泛地用于微波应用中。
[0011] 如上所述，幅度和相位失衡可以劣化平衡一不平衡转换器的性能。以下解释了这 两个参数的失衡到底如何影响推挽功率放大器。
[0012] 可以定义施加到平衡一不平衡转换器的两个信号Vl(t) = vlC〇s(〇n)和V2(t)= V2cos (ω t)，在输出处得到的信号是v (t) = Vcos (ω t)(假定平衡侧是输入，不平衡侧是输 出）。
[0013] 为了确定由相位失衡产生的损耗，可以将力⑴和?⑴假定为具有相同幅度，而 相位相差180° :
[0015]
[0014]
【权利要求】
1. 一种Marchand平衡-不平衡转换器，包括： 初级传输线（90)，从第一初级端口（端口 1)到开口端，长度与所需操作范围内波长的 一半相对应； 第一次级传输线（60)，从第一次级端口（端口 2)到地，长度与所需操作范围内波长的 四分之一相对应； 第二次级传输线（62)，从地到第二次级端口（端口 3)，长度与所需操作范围内波长的 四分之一相对应，第一和第二次级传输线（60,62)各自与初级传输线（90)的相应部分电磁 耦合，遵循初级传输线（90)的相应部分的形状； 其中所述初级传输线（90)的宽度小于第二次级传输线（62)，第二次级传输线（62)的 宽度小于第一次级传输线（60)，以及 其中所述第一次级传输线（60)长于第二次级传输线（62)。
2. 根据权利要求1所述的平衡-不平衡转换器，其中所述第二次级传输线￠2)的宽度 超过初级传输线（90)宽度的二倍。
3. 根据权利要求1所述的平衡-不平衡转换器，其中所述第一次级传输线￠0)的宽度 超过初级传输线宽度的三倍。
4. 根据任一前述权利要求所述的平衡-不平衡转换器，其中所述第一次级传输线（60) 包括线圈形状，所述线圈形状在中心处具有接地连接，在外围处具有第一次级端口。
5. 根据任一前述权利要求所述的平衡-不平衡转换器，其中所述第二次级传输线（62) 包括线圈形状，所述线圈形状在中心处具有接地连接，在外围处具有第二次级端口。
6. 根据任一前述权利要求所述的平衡-不平衡转换器，其中所述第一次级传输线（60) 比第二次级传输线￠2)长高达20%，优选地，仅比第二次级传输线￠2)长高达10%。
7. 根据任一前述权利要求所述的平衡-不平衡转换器，其中所述初级传输线（90)的宽 度是3 μ m到10 μ m，所述第一次级传输线（60)的宽度是20 μ m到40 μ m，所述第二次级传 输线（62)的宽度是10 μ m到20 μ m。
8. 根据任一前述权利要求所述的平衡-不平衡转换器，其中所述初级传输线（90)的长 度是5mm到15mm，所述第一和第二次级传输线的长度是2. 5mm到7. 5mm。
9. 根据任一前述权利要求所述的平衡-不平衡转换器，包括电阻率小于20m Ω -cm的衬 底。
10. -种功率放大器，包括： 输入平衡-不平衡转换器（150)，用于将RF输入转换为RF信号差分对，其中所述平 衡-不平衡转换器是根据任一前述权利要求所述的平衡-不平衡转换器；以及 放大器电路。
11. 根据权利要求10所述的放大器，其中所述放大器电路包括推挽放大器级。
12. 根据权利要求11所述的放大器，其中所述放大器电路包括其间具有匹配网络 (156)的两个推挽放大器级（154,158)。
13. 根据权利要求12所述的放大器，还包括在输入平衡-不平衡转换器（150)和放 大器电路之间的输入匹配网络（152)，其中输入平衡-不平衡转换器（150)、输入匹配网络 (152)和放大器电路（154,158)形成为单片微波集成电路MMIC，所述功率放大器还包括用 于转换到单端输出的输出匹配网络（160)和输出平衡-不平衡转换器（162)，所述输出匹配 网络和输出平衡-不平衡转换器形成在MMIC的外部。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的放大器，包括LDMOS电路。
【文档编号】H03F3/20GK104241795SQ201410255288
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】杰拉德·简-路易斯·布伊斯, 拉耶夫·布斯吉特 申请人:恩智浦有限公司