CN100502144C - 分层平衡-不平衡变换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分层平衡-不平衡变换器，其在通带具有改善的介入损耗特性。该分层平衡-不平衡变换器包括：形成一个耦合器的第一带状线和第三带状线、形成另一个耦合器的第二带状线和第四带状线、以及形成在第三带状线和第四带状线之间的中间位置的导电非接地电极。该非接地电极通过第三带状线和第四带状线之间的电磁耦合而形成地线。利用这种配置，减小了工作带中的介入损耗。此外，通过利用无需在电介质块的底层上独立形成内部接地电极的安装表面、形成在第一至第四带状线上面及下面用于从外部电磁屏蔽的接地电极的接地图案而实现阻抗和电磁屏蔽，可以减少分层平衡-不平衡变换器的厚度而不降低变换器的特性。

Description

分层平衡-不平衡变换器

相关申请

本发明要求于2004年9月23日提交的韩国申请第2004-76302号的优先权，将其披露的全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种分层平衡-不平衡变换器，更具体地说，涉及一种在通带具有改善的介入损耗特性的超小型分层平衡-不平衡变换器(balun transformer)。

背景技术

在平衡-不平衡变换器中的术语“平衡-不平衡”是平衡-不平衡的缩写，指的是由电路或结构组成的装置，该电路或结构用于将平衡信号变换到不平衡信号，并且反之亦然。例如，当将具有平衡输入/输出级的装置如混频器或放大器连接于具有不平衡输入/输出级的装置如天线时，需要在平衡信号和不平衡信号之间进行变换。

平衡-不平衡变换器可以通过结合集总元件如R、L、以及C元件，或分布元件如微带状线、带状线、以及传输线来实现。近来，随着对广泛使用平衡-不平衡变换器的无线电通信产品的小型化日益增加的需求，频繁地使用利用低温共烧陶瓷(LTCC)的分层平衡-不平衡变换器以减小元件的尺寸。

图1是示出了如Marchand提出的一般平衡-不平衡变换器基本构造的等效电路。如该图所示，平衡-不平衡变换器是由四条导电线14至17组成，每条导电线具有λ/4的长度(其中，λ是1/fc(fc是输入/输出信号的中心频率))。在四条导电线14至17中，第一线14的一端连接到不平衡端口11，通过该端口输入或输出具有一定频率的不平衡信号。第二线15的一端连接到第一线14的另一端。第二带状线15的另一端为开路。此外，第三线16和第四线17各具有其一端连接于接地点并分别平行于第一线14和第二线15进行排列，以便在其间形成电耦合。将第三线16和第四线17的其他端分别连接于平衡端口12和13，通过这些平衡端口可输入或输出平衡信号。

在上述配置中，第一线14和第三线16形成一个耦合器，而第二线15和第四线17形成另一个耦合器。利用上述配置，当具有一定频率的不平衡信号被输入到不平衡端口11时，在第一线14至第四线17之间产生电磁耦合，因此，通过平衡端口12和13输出平衡信号，该平衡信号具有与输入的不平衡信号相同的频率和量值，但具有与不平衡信号的相位相差180度的相位。相反，当具有一定频率、相同量值、以及彼此相差180度的相位的两个平衡信号被分别输入到平衡端口12和13时，通过不平衡端口11输出具有与两个输入平衡信号相同频率的不平衡信号。

具有这种等效电路的传统分层平衡-不平衡变换器是利用如图2所示的形状和如图3所示的内部结构加以实现。

参照图2，传统的分层平衡-不平衡变换器20是由矩形六面体电介质块21和多个外部电极23至28组成，这些外部电极形成在电介质块21的两个相对侧，将其中每一个设定为端子如不平衡端、平衡端、或接地端。例如，将外部电极23设定为用于非连接的端子，将外部电极24和27设定为用于接地的端子，将外部电极25和28设定为用于输入/输出平衡信号的端子，以及将外部电极26设定为用于输入/输出不平衡信号的端子。

参照图3，电介质块21是由多个利用LTCC方法层压的电介质薄片组成。在多个分层介质薄片上顺次地在向下方向形成有：第一接地电极30，被连接到用于接地的外部电极24和27；第一带状线32，具有λ/4的长度，该第一带状线的一端连接于外部电极26用于输入/输出不平衡信号；第三带状线33，与第一带状线32平行而形成，具有λ/4的长度，该第三带状线的两端分别被连接到用于输入/输出平衡信号的外部电极25和用于接地的外部电极27；第二接地电极35，被连接到用于接地的外部电极24和27；第二带状线37，具有λ/4的长度，该第二带状线的一端经过外部电极23连接于第一带状线32，该第二带状线的另一端为开路；第四带状线38，与第二带状线37平行而形成，该第四带状线的两端分别被连接到用于接地的外部电极27和用于输入/输出平衡信号的外部电极28；以及第三接地电极40，被连接到用于接地的外部电极24和27。

未加以描述的附图标号31、34、36、以及39表示导线电极，这些导线电极用于将第一至第四带状线32、33、37、以及38连接于相应的外部电极23至28。

如上所述，分层平衡-不平衡变换器是通过垂直层压四条λ/4带状线加以小型化。然而，近来，随着对超小型平衡-不平衡变换器增加的需求，许多研究已集中于平衡-不平衡变换器的超小型化同时保持或改善其基本性能。

发明内容

因此，本发明是考虑到上述情况而作出，以及本发明的目的是提供一种在通带具有改善的介入损耗特性的超小型分层平衡-不平衡变换器。

根据本发明的一个方面，上述和其他目的可以通过提供分层平衡-不平衡变换器来实现，该分层平衡-不平衡变换器包括：通过层压多个电介质薄片而形成的电介质块、以及形成在电介质块外侧的多个外部电极，用于将平衡信号变换成不平衡信号，并且反之亦然，将多个外部电极用于接地、输入/输出不平衡信号、输入/输出第一平衡信号和第二平衡信号、以及非连接，其中，该电介质块包括：在与电介质块的顶层隔开一定距离的下层上形成的内部接地电极，该内部接地电极被连接于用于接地的外部电极；第一带状线，形成在内部接地电极下方的下层上，该第一带状线的一端连接到用于输入/输出不平衡信号的外部电极；第二带状线，形成在内部接地电极下方的下层上，该第二带状线的一端连接到第一带状线的另一端，该第二带状线的另一端为开路；第三带状线，与第一带状线平行形成在内部接地电极下方的下层上，该第三带状线的一端连接到用于接地的外部电极，该第三带状线的另一端连接到用于输入/输出第一平衡信号的外部电极；以及第四带状线，与第二带状线平行形成在内部接地电极下方的下层上，该第四带状线的一端连接到用于接地的外部电极，该第四带状线的另一端连接到用于输入/输出第二平衡信号的外部电极，并且，其中将电介质块的底层安装在基片的接地图案(ground pattern)上。

优选地，第一带状线形成在与第二带状线相同的层上，而第三带状线和第四带状线形成在第一带状线和第二带状线下面或上面的相同层上。

优选地，第一带状线至第四带状线具有螺旋或曲折形状以减小平衡-不平衡变换器的尺寸。

优选地，将第一带状线至第四带状线形成在电介质块的不同层上。在这种情况下，该电介质块进一步包括非接地电极，该非接地电极由导电金属材料制成并形成在第一带状线和第三带状线以及第二带状线和第四带状线之间的层上，这些带状线彼此平行以在第一带状线和第三带状线以及第二带状线和第四带状线之间形成电屏蔽。

根据本发明的另一个方面，上述和其他目的可以通过提供分层平衡-不平衡变换器来实现，该分层平衡-不平衡变换器包括：通过层压多个电介质薄片而形成的电介质块、以及形成在电介质块外侧的多个外部电极，将多个外部电极用于接地、输入/输出不平衡信号、输入/输出第一平衡信号和第二平衡信号、以及非连接，其中，该电介质块包括：在与电介质块的顶层隔开一定距离的下层上形成的内部接地电极，该内部接地电极被连接到用于接地的外部电极并形成以在向上方向屏蔽电耦合；第一带状线，形成在内部接地电极下方的下层上，第一带状线的两端分别连接到用于非接地的外部电极以及用于输入/输出不平衡信号的外部电极；第三带状线，与第一带状线平行并在内部接地电极的向下方向形成在第一带状线上面或下面的相邻层，第三带状线的两端分别连接到用于接地的外部电极以及用于输入/输出第一平衡信号的外部电极；第二带状线，形成在内部接地电极下方的下层上，该第二带状线的一端连接到用于非接地的外部电极，该第二带状线的另一端为开路；第四带状线，与第二带状线平行形成在与在电介质块的内部接地电极下方的与第二带状线相邻的层上，该第四带状线的两端分别被连接到用于接地的外部电极以及用于输入/输出第二平衡信号的外部电极；以及非接地电极，形成在第一平衡信号和第三带状线以及第二平衡信号和第四带状线之间的电介质薄片上以屏蔽其间的电耦合。

优选地，电介质块进一步包括：第一导线电极，用于将第一带状线连接到用于非连接的外部电极，该第一导线电极形成在电介质块的内层上，第一导线电极的一端连接到用于非连接的外部电极，第一导线电极的另一端通过通路孔电连接到第一带状线的一端；第二导线电极，用于将第三带状线连接到用于输入/输出平衡信号的外部电极，该第二导线电极形成在电介质块的内层上，该第二导线电极的一端通过通路孔电连接到第三带状线，该第二导线电极的另一端连接到用于输入/输出平衡信号的外部电极；第三导线电极，用于将第二带状线连接到用于非连接的外部电极，该第三导线电极形成在电介质块的内层上，该第三导线电极的一端通过通路孔电连接到第二带状线，该第三导线电极的另一端连接到用于输入/输出平衡信号的外部电极；以及第四导线电极，用于将第四带状线连接到用于输入/输出第二平衡信号的外部电极，该第四导线电极形成在电介质块的内层上，该第四导线电极的一端通过通路孔电连接到第四带状线，该第四导线电极的另一端连接到用于输入/输出第二平衡信号的外部电极。

优选地，将电介质块的底层粘结于基片的接地图案以用作底部接地电极。

附图说明

根据下文结合附图进行的详细描述，本发明的上述以及其它目的、特征、以及其它优点将更为明了，其中：

图1是一般平衡-不平衡变换器的等效电路；

图2是传统分层平衡-不平衡变换器的形状的立体图；

图3是示出图2的传统分层平衡-不平衡变换器的内部结构的分解立体图；

图4是根据本发明的分层平衡-不平衡变换器的形状的立体图；

图5是示出了根据本发明的第一个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器的分解立体图；以及

图6是示出了根据本发明的第二个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器的分解立体图。

具体实施方式

在下文，将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。在描述和附图中，将省略与本发明无关元件的说明以防止使本发明的主题不清楚。

如上所述，本发明的分层平衡-不平衡变换器的特征在于：通过改进用于电屏蔽和信号线之间的阻抗匹配而形成的接地电极、而不是改进信号线连接结构或排列，可以减小其尺寸并改善其特性。

在下文，将描述由如图1所示的等效电路所表示的平衡-不平衡变换器，作为一个实施例。

图4是根据本发明的分层平衡-不平衡变换器的形状的立体图。

参照图4，本发明的分层平衡-不平衡变换器40是由用LTCC方法层压的多个电介质薄片形成的矩形六面体电介质块41和多个外部电极42至47组成，这些外部电极形成在电介质块41的两个相对侧，其中每一个为接地、输入/输出不平衡信号、输入/输出平衡信号等而设定。这样的形状与传统的分层平衡-不平衡变换器相同。因此，本发明的分层平衡-不平衡变换器具有与传统的分层平衡-不平衡变换器相同的形状而不增加外部电极的数目或改变排列或结构。这在分层平衡-不平衡变换器的设计和排列方面为使用者提供了方便。在该具体实施例中，外部电极42是为非连接而设定，外部电极43和46是为接地而设定，外部电极44和47是分别为输入/输出第一平衡信号和第二平衡信号而设定，以及外部电极45是为输入/输出不平衡信号而设定。

图5和图6是示出了根据本发明的具体实施例的分层平衡-不平衡变换器的分解立体图。

首先，在层压四条λ/4带状线时，根据本发明的第一个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器是通过用于在两对带状线之间的电屏蔽而形成非接地电极图案加以实现，其中每一对带状线构成一个耦合器。

更详细地，参照图5，根据本发明的第一个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器50包括从顶到底形成的导电图案。

在第一电介质薄片层上没有导电图案，其对应于分层平衡-不平衡变换器50的最上层。

在第一电介质薄片层下方的第二电介质薄片层上形成第一接地电极51，其具有矩形形状并连接于用于接地的外部电极43和46以提供电屏蔽的参考线和在向上方向的阻抗。

在第二电介质薄片层下方的第三电介质薄片层上形成第一导线电极52，该第一导线电极的一端连接到用于非连接的外部电极42，在该第一导线电极的另一端形成用于电连接的通路孔52a。

在第四电介质薄片层上印刷第一带状线53，其具有螺旋或曲折形状，该第一带状线的一端连接到第一导线电极52的通路孔52a，该第一带状线的另一端连接到不平衡信号的外部电极45。

在第五电介质薄片层上形成第三带状线54，其具有平行于第一带状线53形成的螺旋或曲折形状，该第三带状线的一端连接到用于接地的外部电极46，在该第三带状线的另一端形成连接到下层的通路孔54a。

在第六电介质薄片层上形成第二导线电极55，该第二导线电极的一端连接到通路孔54a，该第二导线电极的另一端连接到用于平衡信号的外部电极44以将第三带状线54的另一端电连接到平衡信号的外部电极44。

在第七电介质薄片层上形成非接地电极56，其具有覆盖整个电介质薄片表面的矩形形状，以便电屏蔽第一带状线和第三带状线53和54以及下层。

在第八电介质薄片层上形成第三导线电极57，其具有一端，在该端形成连接于下层的通路孔57a，以及另一端连接于平衡信号的外部电极47。在第九电介质薄片层上形成第四带状线58，其具有螺旋或曲折形状，该第四带状线的一端连接到通路孔57a，该第四带状线的另一端连接到接地的外部电极46。在第十电介质薄片层上形成第二带状线59，其具有平行于第四带状线58形成的螺旋或曲折形状并具有一端，在该端形成通路孔59a，以及另一端为开路。在第十一电介质薄片层上形成第四导线电极60，该第四导线电极的一端连接到第二带状线59的通路孔59a，该第四导线电极的另一端连接到用于非连接的外部电极42。在第十二电介质薄片层上形成第二接地电极61，其具有矩形形状并连接于用于接地的外部电极43和46。最后，第十三层是没有导电图案的电介质薄片。

在如上所构造的分层平衡-不平衡变换器中，第一带状线53、第二带状线59、第三带状线54、以及第四带状线58分别对应于图1的等效电路中的信号线14、信号线15、信号线16、及信号线17。

如上所述，第一带状线和第三带状线53和54以及第二带状线和第四带状线59和58分别相当于耦合器。此时，非接地电极56屏蔽由第一带状线和第三带状线53和54构成的耦合器和由第二带状线和第四带状线59和58构成的耦合器之间的电磁耦合。此外，将第一接地电极51和第二接地电极61定位于电介质块41的上部和下部，以便内部带状线53、54、58、以及59分别起阻抗的作用。

将第一带状线53和第三带状线54平行排列在第一接地电极51和非接地电极56之间，而第二带状线59和第四带状线58平行排列在非接地电极56和第二接地电极61之间。此时，第三带状线54和第四带状线59必须垂直排列，同时非接地电极56位于其之间。

因此，虽然非接地电极56是不接地的，但通过在第三带状线54和第四带状线58之间形成导电金属以产生具有反相的信号，它具有零电位。因此，非接地电极56起接地电极的作用而不需要连接于用于接地的外部电极43和46以强制地产生零电位。

此外，通过在第三带状线和第四带状线54和58之间形成非接地电极56，可以进一步减小工作频带中的介入损耗。与如图3所示的传统结构比较，显示出了介入损耗的改善超过0.5Db(分贝)。

因此，根据本发明的该具体实施例的分层平衡-不平衡变换器的工作特性可以得到改善而没有增加工序或叠层的数目。

在根据本发明的第二个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器中，为了减小平衡-不平衡变换器的厚度而不降低其特性，除去了定位于形成在电介质块中的接地电极的下部(即，在安装方向)的接地电极，而将定位在平衡-不平衡变换器的安装表面上的基片的接地图案用作第二接地电极61。

图6是示出了根据本发明的第二个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器的电介质块的分解立体图。

当与图5的分层平衡-不平衡变换器进行比较时，如图6所示的分层平衡-不平衡变换器具有与图5相同的结构，不同之处在于：在图5中的形成在安装方向的下层上的第二接地电极61被除去。

更详细地，根据第二个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器60包括：第一接地电极51，具有矩形形状并连接于用于接地的外部电极43和46以提供电屏蔽的参考线以及向上方向的阻抗；第一导线电极52，该第一导线电极的一端连接到用于非连接的外部电极42，在该第一导线电极的另一端形成用于电连接的通路孔52a；第一带状线53，具有螺旋或曲折形状，该第一带状线的一端连接到第一导线电极52的通路孔52a，该第一带状线的另一端连接到不平衡信号的外部电极45；第三带状线54，具有平行第一带状线53形成的螺旋或曲折形状，该第三带状线的一端连接到用于接地的外部电极46，在该第三带状线的另一端形成连接到下层的通路孔54a；第二导线电极55，该第二导线电极的一端连接到通路孔54a，该第二导线电极的另一端连接到用于平衡信号的外部电极44以将第三带状线54的另一端电连接到平衡信号的外部电极44；非接地电极56，覆盖电介质薄片的整个表面并以这样的方式形成在第三带状线54下方的位置以便非接地电极56并不连接于外部电极42至47；第三导线电极57，形成在非接地电极56的下方并具有一端，在该端形成连接到下层的通路孔57a，以及另一端连接于平衡信号的外部电极47；第四带状线58，形成在非接地电极56的下方，该第四带状线的一端连接到通路孔57a，该第四带状线的另一端连接到接地的外部电极46；第二带状线59，具有平行于第四带状线58形成的螺旋或曲折形状并具有一端，在该端形成通路孔59a以及另一端为开路；以及第四导线电极60，该第四导线电极的一端连接到第二带状线59的通路孔59a，该第四导线电极的另一端连接到用于非连接的外部电极42。

由于在根据第二个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器中第二接地电极61被除去，因此分层平衡-不平衡变换器厚度的减少量相应于从第二接地电极61至底层的高度。在层压电介质块41中的导电图案时，特别是，在垂直相邻的导电图案之间必须保持一定距离。因此，在第二带状线59和第二接地电极61之间需要一定距离以及第二接地电极61必须与安装表面隔开一定距离。此时，通过除去第二接地电极61，则可以除去从第二接地电极61至电介质块的底部表面的厚度。

此时，电介质块60的底层，其是通常接地图案形成于其上的安装表面，被粘结于印刷电路板。因此，当本发明的分层平衡-不平衡变换器被安装在印刷电路板上的安装位置时，安装表面的接地图案起接地电极的作用，显示出一定的阻抗特性，而无需第二接地电极61。因此，可以保持分层平衡-不平衡变换器的工作特性。根据第二个具体实施例的分层平衡-不平衡变换器60的工作特性(在其安装在印刷电路板上之后测得)与传统分层平衡-不平衡变换器的工作特性相比几乎显示不出差异。此外，与传统分层平衡-不平衡变换器相比，可进一步减少介入损耗0.5dB或更多。

因此，如图6所示，可以看到，根据本发明实施的分层平衡-不平衡变换器的工作特性没有变化。

如从上述显而易见，分层平衡-不平衡变换器具有下述优点：可以改善变换器的工作特性、尤其是介入损耗，而不会增加叠层或工序的数目，此外，可以减小变换器的厚度而不降低其工作特性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种分层平衡-不平衡变换器，包括通过层压多个电介质薄片而形成的电介质块、以及多个外部电极，所述多个外部电极形成在所述电介质块的外侧并用于接地、输入/输出不平衡信号、输入/输出第一平衡信号和第二平衡信号、以及非连接，其中，所述电介质块包括：

内部接地电极，在与所述电介质块的顶层隔开一定距离的下层上形成，所述内部接地电极被连接于用于接地的所述外部电极并形成以在向上方向屏蔽电耦合；

第一带状线，形成在所述内部接地电极下方的下层上，所述第一带状线的两端分别连接到用于非接地的所述外部电极以及用于输入/输出所述不平衡信号的所述外部电极；

第三带状线，与所述第一带状线平行并在所述内部接地电极的向下方向形成在所述第一带状线上面或下面的相邻层，所述第三带状线的两端分别连接到用于接地的所述外部电极以及用于输入/输出所述第一平衡信号的所述外部电极；

第四带状线，形成在所述内部接地电极下方的下层上，所述第四带状线的两端分别连接到用于非接地的所述外部电极以及用于所述第二平衡信号的所述外部电极；

第二带状线，与所述第四带状线平行形成在所述电介质块的所述内部接地电极下方的下层，所述第二带状线的一端连接到用于非连接的所述外部电极，所述第二带状线的另一端为开路；以及

非接地电极，由导电金属材料制成并形成在所述第三带状线和所述第四带状线之间的中间层。

2.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述电介质块进一步包括：

第一导线电极，用于将所述第一带状线连接于用于非连接的所述外部电极，所述第一导线电极形成在所述电介质块的内层上，所述第一导线电极的一端连接到用于非连接的所述外部电极，所述第一导线电极的另一端通过通路孔电连接到所述第一带状线的一端；

第二导线电极，用于将所述第三带状线连接于用于输入/输出所述平衡信号的所述外部电极，所述第二导线电极形成在所述电介质块的内层上，所述第二导线电极的一端通过通路孔电连接到所述第三带状线，所述第二导线电极的另一端连接到用于输入/输出所述平衡信号的所述外部电极；

第三导线电极，用于将所述第四带状线连接于用于输入/输出所述第二平衡信号的所述外部电极，所述第三导线电极形成在所述电介质块的内层上，所述第三导线电极的一端通过通路孔电连接到所述第四带状线，所述第三导线电极的另一端连接到用于输入/输出所述第二平衡信号的所述外部电极；以及

第四导线电极，用于将所述第二带状线连接于用于非连接的所述外部电极，所述第四导线电极形成在所述电介质块的内层上，所述第四导线电极的一端通过通路孔电连接到所述第二带状线，所述第四导线电极的另一端连接到用于输入/输出所述平衡信号的所述外部电极。

3.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，所述第一带状线至所述第四带状线具有螺旋或曲折形状。

4.根据权利要求1所述的分层平衡-不平衡变换器，其中，将所述电介质块的底层粘结于基片的接地图案，以便用作底部接地电极。

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