900MHz微带封装宽边耦合巴伦的紧凑小型化研究

摘 要：研究开发一种新型微带一体化封装宽边耦合巴伦，探讨平衡/不平衡型实际构成原理电路及巴伦奇偶模工作条件，由此运用ADS等仿真工具设计并优化出可适用于微带/多层宽边耦合小型紧凑化的封装巴伦，给出中心频率在900MHz微带/带状耦合型一体化封装宽带巴伦的仿真设计，实验电路与实测结果。

关键词：小型化平面微带封装巴伦 多层印制板结构 任意宽边耦合线路

中图分类号：TN822 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-094-02

1 引言

微波平衡/不平衡型（Marchand）巴伦不仅可以起到类似于功分电桥的阻抗变换的作用，还可同时实现对微波电平由不平衡到平衡的信号转换。正是由于这些特点，使得它在各种模拟与数字微波电路与天线领域得到了较为广泛的应用。随着当今射频通讯技术的飞速发展及通讯容量的不断扩大，除要求射频链路具有高隔离，低插损性能及带宽可调等主要特性外，对其结构的紧凑小型化以及抗干扰和防泄漏指标等要求也日趋增大。本文简单探讨了宽边耦合型平衡/不平衡型（Marchand）巴伦的等效电路及工作原理基础上，给出了实用有效的仿真优化设计方法，提出一种可直接插入任意射频电路的小型微带-带状线封装巴伦电路和测试结果。

2 平衡/不平衡巴伦工作原理简述

以上测试曲线及测试数据由矢量网络分析仪测试得出，设备型号：ADVANTEST R3765BH、频率范围：40MHZ-3.8GHZ。本设计中ADS仿真的中心频率为900MHZ，而测试曲线中可以看到中心频率为920MHZ，这是在由于在产品的制作材料中，顶层基板和底层基板所用材料均为FR4，此材料的介电常数误差范围较大，一般厂商给出范围介于4.2-4.8之间，且此板材的介电常数随温度的变化而变化幅度很大，在0-70℃的温度范围内，它可以变化20%，所以板材介电常数的偏差会对实际做出的产品中心频率有所应影响，因此在实际的应用中可以考虑采用一些介电常数相对稳定的板材来做巴伦的顶层基板和底层基板，此频率偏差的现象即可避免。同时，由图5中的测试曲线可以看出S21和S31的波纹均接近于1dB的误差范围。由于此巴伦设计实现的是1：0.5的阻抗变换，在图3中的输入端口设计阻抗是50欧姆，A、B两个输出端口的设计阻抗为25欧姆，但在实际的测试过程中由于测试系统的局限性，在测试S21和S31的过程中没有标准的25欧姆匹配负载，而是用标准的50欧姆负载代替，所以导致S21和S31测试曲线波纹较大，由此确定此现象为测试系统所致，不影响设计的准确性。

综上所述，此设计仿真结果和实际的测试结果基本吻合，制作产品基本满足设计要求。此实验为巴伦小型紧凑化设计和直接组装应用于实际的电路系统设计中提供了新的研究开发方向。

4 结论

本文完整的制作完成了一款900MHZ微带一体化封装宽边耦合巴伦的仿真和测试实验，得出详细的测试数据和测试曲线，结合实际讨论测试结果和仿真结果的误差，为以后电路制作应用于实际做了很好的数据储备，为微波平衡混频器、倍频器和推挽式放大器的成功研制提供了基础。