巴伦结构及具有巴伦结构的电子装置
阅读说明：本技术 巴伦结构及具有巴伦结构的电子装置 (Balun structure and electronic device with same ) 是由 陈铁钰 林可加 刘叶雨 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及巴伦结构及具有该巴伦结构的电子装置。所述巴伦结构包括第一微带线、两条第二微带线、一个开路枝节一个输入端口、两个输出端口及多个缺陷地结构,所述第一微带线、第二微带线、开路枝节、输入端口及输出端口设置在电路板的第一层板上,多个缺陷地结构设置在电路板的第二层板上,所述第一微带线与两条所述第二微带线耦合连接,所述第一微带线与所述输入端口连接,每一所述第二微带线与一个所述输出端口连接,所述第一微带线上的预设位置处设置所述开路枝节,所述电路板的第二层板上在与所述第一微带线及每一所述第二微带线的对应位置处设置有至少一个所述缺陷地结构。本发明能够提高巴伦结构的反射系数、带宽等电气特性。(The invention relates to a balun structure and an electronic device with the balun structure. The balun structure comprises a first microstrip line, two second microstrip lines, an open-circuit stub, an input port, two output ports and a plurality of defected ground structures, wherein the first microstrip line, the second microstrip line, the open-circuit stub, the input port and the output port are arranged on a first layer board of a circuit board, the plurality of defected ground structures are arranged on a second layer board of the circuit board, the first microstrip line is coupled with the two second microstrip lines, the first microstrip line is connected with the input port, each second microstrip line is connected with one output port, the open-circuit stub is arranged at a preset position on the first microstrip line, and at least one defected ground structure is arranged at a position, corresponding to the first microstrip line and each second microstrip line, on the second layer board of the circuit board. The invention can improve the electrical characteristics of the balun structure, such as reflection coefficient, bandwidth and the like.)
技术领域
本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种基于Marchand巴伦结构及具有巴伦结构的电子装置。
背景技术
巴伦(Balun,Balance to Unbalance)作为介接平衡线与非平衡线的射频器件，在射频微波电路中广泛运用。例如，巴伦广泛使用在推挽放大器、双平衡混波器(Doublebalanced mixer)、移相器、及偶极天线馈入(Dipole Antenna Feeds)等射频电路中。然而，现有的巴伦基本上是由两段1/4波长的耦合线构成，但带宽实现较窄，且巴伦的性能指标受限于耦合线间距的制造工艺。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种巴伦结构及具有该巴伦结构的电子装置，以提高巴伦结构的带宽等电气性能。
本申请第一方面提供一种巴伦结构，设置在电路板上，所述电路板包括第一层板、第二层板及中间介质夹层，第一层板和第二层板为导体层，所述巴伦结构包括第一微带线、两条第二微带线、一个开路枝节一个输入端口、两个输出端口及多个缺陷地结构，所述第一微带线、所述两条第二微带线、所述开路枝节、所述输入端口及两个所述输出端口设置在所述电路板的第一层板上，多个所述缺陷地结构设置在所述电路板的第二层板上，所述第一微带线与两条所述第二微带线耦合连接，所述第一微带线与所述输入端口连接，每一所述第二微带线与一个所述输出端口连接，所述第一微带线上的预设位置处设置所述开路枝节，所述电路板的第二层板上在与所述第一微带线及每一所述第二微带线的对应位置处设置有至少一个所述缺陷地结构。
优选地，所述第一微带线11包括第一子微带线及第二子微带线，所述第一子微带线与第二子微带线相连接，所述第一子微带线的宽度小于所述第二微带线的宽度，所述输入端口连接在所述第一子微带线上远离所述第二子微带线的一端，所述开路枝节设置在所述第一子微带线上距离所述第二子微带线的2/5±5％个目标频率的波长处，其中所述目标频率为所述第一子微带线或所述第二子微带线的传输介质内传输信号的频率。
优选地，所述缺陷地结构为工字缺陷地结构，所述缺陷地结构包括第一工字缺陷地结构及第二工字缺陷地结构，其中，所述第一工字缺陷地结构与所述第二工字缺陷地结构在结构上相同，在尺寸上不同。
优选地，在所述电路板的第二层板上与所述第一子微带线上距离所述第二子微带线的1/8±5％个目标频率的波长处相对应的位置设置两个所述第一工字缺陷地结构，其中所述目标频率为所述第一子微带线或第二子微带线的传输介质内传输信号的频率。
优选地，在所述电路板的第二层板上与由包含所述第二子微带线、每一所述第二微带线部分区域的目标区域相对应的位置处分别设置一个所述第二工字缺陷地结构。
优选地，所述工字缺陷地结构包括两个端部及一轴部，两个所述端部连接在所述轴部的两端，所述端部及所述轴部呈矩形状，所述端部及所述轴部的长度及宽度均可以调节。
优选地，所述第二子微带线包括第一端部及第二端部，所述第一端部包括第一侧边及与所述第一侧边相对设置的第二侧边，所述第二端部包括第三侧边及与所述第三侧边相对设置的第四侧边，所述第一侧边与所述第三侧边位于所述第二子微带线的同一侧，所述第二侧边与所述第四侧边位于所述第二微带线的同一侧，两条所述第二微带线中的一条所述微带线与所述第一端部的第一侧边间隔第一预设距离设置，另一条第二微带线与所述第二端部的第四侧边间隔第一预设距离设置。
优选地，所述巴伦结构还包括两条第三微带线，所述两条第三微带线中的一条所述第三微带线与所述第一端部的第二侧边间隔第二预设距离设置，另一条所述第三微带线与所述第二端部的第三侧边间隔第二预设距离设置。
优选地，所述开路枝节为扇形开路枝节，所述扇形开路枝节的扇形角度及径向长度可调。
本申请第二方面通过一种具有巴伦结构的电子装置，包括电路板，所述巴伦结构设置在电路板上，所述电路板包括第一层板及第二层板，所述巴伦结构包括第一微带线、两条第二微带线、一个开路枝节一个输入端口、两个输出端口及多个缺陷地结构，所述第一微带线、所述两条第二微带线、所述开路枝节、所述输入端口及两个所述输出端口设置在所述电路板的第一层板上，多个所述缺陷地结构设置在所述电路板的第二层板上，所述第一微带线与两条所述第二微带线耦合连接，所述第一微带线与所述输入端口连接，每一所述第二微带线与一个所述输出端口连接，所述第一微带线上的预设位置处设置所述开路枝节，所述电路板的第二层板上在与所述第一微带线及每一所述第二微带线的对应位置处设置有至少一个所述缺陷地结构。
本方案中的巴伦结构通过设置开路枝节及缺陷地结构，使得巴伦结构的耦合强度所需要的建奇、偶模阻抗得到微调，从而改善巴伦结构的反射系数、带宽等电气特性。
附图说明
图1为本发明一实施方式中电子装置的示意图。
图2为本发明一实施方式中巴伦结构的示意图。
图3为本发明一实施方式中为工字缺陷地结构的示意图。
图4为本发明一实施方式中不带有开路枝节和缺陷地结构的巴伦结构的仿真示意图。
图5、图6为本发明一实施方式中带有开路枝节和缺陷地结构的巴伦结构的仿真示意图。
主要元件符号说明
如下
具体实施方式
将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参考图1，所示为本发明一实施方式中电子装置100的示意图。所述电子装置100包括巴伦结构1及电路板2。请参考图2，所示为巴伦结构1的示意图。所述巴伦结构1设置在电路板2上。所述电路板2至少包括第一层板21、第二层板及中间介质夹层(图中未示)，所述中间介质夹层位于所述第一层板21及第二层板之间，所述第一层板和第二层板为导体层。所述第一层板21与第二层板相对设置。本实施方式中，所述第一层板21可以为电路板2的顶层，所述第二层板为电路板2的底层。需要说明的是，在其他实施方式中，所述第一层板21也可以为电路板2的底层，所述第二层板也可以为电路板2的顶层。在一实施方式中，所述巴伦结构1可施作于射频用铜箔印刷电路板、陶瓷基板、或GaAs/GaN半导体等基材上构成所述电路板2。
本实施方式中，所述巴伦结构1包括一条第一微带线11、两条第二微带线12、一个开路枝节13、一个输入端口14、两个输出端口15及多个缺陷地结构16。所述第一微带线11、两条第二微带线12、一个开路枝节13、一个输入端口14及两个输出端口15设置在所述电路板2的第一层板21上，多个所述缺陷地结构16设置在所述电路板2的第二层板22上。本实施方式中，所述第一微带线11与两条所述第二微带线12耦合连接。所述第一微带线11还与所述输入端口14连接。每一第二微带线12与一个输出端口15连接。所述第一微带线11上的预设位置处设置所述开路枝节13。本实施方式中，所述电路板2的第二层板上在与所述第一微带线11及每一所述第二微带线12的对应位置处设置有至少一个缺陷地结构16。
在具体实施方式中，所述第一微带线11包括第一子微带线111及第二子微带线112。所述第一子微带线111与第二子微带线112相连接。所述第一子微带线111的宽度小于所述第二子微带线112的宽度。本实施方式中，所述输入端口14连接在所述第一子微带线111上远离所述第二子微带线112的一端，所述开路枝节13设置在所述第一子微带线111上距离所述第二子微带线112的2/5±5％个目标频率的波长处，其中所述目标频率为所述第一子微带线111或所述第二子微带线112的传输介质内传输信号的频率。本实施方式中，所述输入端口14为非平衡接口，两个所述输出端口15为平衡端口。本实施方式中，信号经由所述巴伦结构1的输入端口14输入，并经两个所述输出端口15输出两个大小相等、相位差180度的信号。
本实施方式中，所述开路枝节13为扇形开路枝节，所述扇形开路枝节的扇形角度及径向长度可调。本实施方式中，所述扇形开路枝节的扇形角度的调整范围在60-80度。需要说明的是，本实施方式中的开路枝节13并不限定为扇形开路枝节，本案中只要能实现改变巴伦结构1的回流路径并增强巴伦结构1的电气特性的开路枝节都在本案的保护范围之内。
本实施方式中，所述巴伦结构1的电气特性至少包括巴伦结构1的反射系数、带宽特性。本案中通过设置开路枝节，使得巴伦结构1的耦合强度所需要的建奇、偶模阻抗得到微调，从而改善了巴伦结构1的反射系数、带宽等电气特性。
请参考图3，所示为发明一实施方式中工字缺陷地结构16的示意图。所述工字缺陷地结构16包括两个端部161及一轴部162。所述工字缺陷地结构16的两个端部161连接在所述轴部162的两端。本实施方式中，所述端部161及所述轴部162呈矩形状，所述端部161及所述轴部162的长度及宽度均可以调节。本实施方式中，所述工字缺陷地结构16包括第一工字缺陷地结构及第二工字地缺陷结构，其中第一工字缺陷地结构及第二工字地缺陷结构相同，只在尺寸上不同而已。
本实施方式中，在电路板2的第二层板上与所述第一子微带线111上距离所述第二子微带线112的1/8±5％个目标频率的波长处相对应的位置设置两个第一工字缺陷地结构，其中所述目标频率为所述第一子微带线或第二子微带线的传输介质内传输信号的频率。在具体实施方式中，在电路板2的第二层板上与所述第一子微带线111上距离所述第二子微带线112的1/8±5％个目标频率的波长处相对应的位置处挖出两个工字型铜箔形成所述第一工字缺陷地结构16。
本实施方式中，在电路板2的第二层板上与由包含所述第二子微带线112、每一第二微带线12部分区域的目标区域相对应的位置处分别设置一个第二工字缺陷地结构。在具体实施方式中，在电路板2的第二层板上与由包括所述第二子微带线112、每一第二微带线12部分区域的目标区域相对应的位置处挖出两个工字型铜箔形成所述第二工字缺陷地结构16。
本实施方式中，所述电路板2的第二层板上还设置有多个接地点(图中未示)，所述多个接地点形成在所述巴伦结构1的端口的正负(+/-)两端。例如，在所述电路板2的第二层板上在与所述输入端口14、所述输出端口15的对应位置处分别设置有接地点，所述接地点分别形成在所述巴伦结构1的输入端口14及所述输出端口15的端口的两端。本实施案例中，所述电路板2的板材为RO4003C，板厚为0.8mm。
参考图2所示，在一实施方式中，所述第二子微带线112包括第一端部1121及第二端部1122。所述两条第二微带线12分别耦合在所述第二子微带线112的第一端部1121及第二端部1122。具体的，所述第二所述第一端部1121包括第一侧边11211及与第一侧边11211相对设置的第二侧边11212。所述第二端部1122包括第三侧边11221及与第三侧边11221相对设置的第四侧边11222。本实施方式中，所述第一端部1121的第一侧边11211与所述第二端部1122的第三侧边11221位于所述第二子微带线112的同一侧，所述第一端部1121的第二侧边11212与所述第二端部1122的第四侧边11222位于所述第二子微带线112的同一侧。本实施方式中，两条所述第二微带线12中的一条第二微带线12与所述第一端部1121的第一侧边11211间隔第一预设距离设置，另一条第二微带线12与所述第二端部1122的第四侧边11222间隔第一预设距离设置，以实现两条所述第二微带线12分别耦合在所述第二子微带线112的第一端部1121及第二端部1122。
在一实施方式中，所述巴伦结构1还包括两条第三微带线17。所述两条第三微带线17分别耦合在所述第二子微带线112的第一端部1121及第二端部1122。具体的，所述两条第三微带线17中的一条第三微带线17与所述第一端部1121的第二侧边11212间隔第二预设距离设置，另一条第三微带线17与所述第二端部1122的第三侧边11221间隔第二预设距离设置，以实现所述两条第三微带线17分别耦合在所述第二子微带线112的第一端部1121及第二端部1122。需要说明的是，本案中的第一预设距离与第二预设距离可以根据需要进行预先设置，所述第一预设距离与第二预设距离可以相同，也可以不同。
在一实施方式中，所述电路板2为二层电路板，所述第一微带线11、第二微带线12分别增加一条微带线耦合设置在电路板2的二层板上。在另一实施方式中，所述第一微带线11、第二微带线12及第三微带线分别增加上、下层之微带线耦合设置在电路板2的三层板上。
本实施方式中，通过巴伦结构1的两个输出端口15的两路输出信号的振幅平衡规格及相位平衡规格来评估巴伦结构1的带宽等电气特性。其中，振幅平衡规格为不大于-1.0dB，相位平衡规格为不大于10°。其中，振幅平衡规格为两路输出信号的振幅与理想振幅输出值相差不大于-1.0dB，相位平衡规格为两路输出信号的相位与理想相位输出值相差不大于10°。请参考图4，所示为本发明一实施方式中不带有开路枝节和缺陷地结构的巴伦结构的仿真示意图。从图4可以看出，在满足振幅平衡规格及相位平衡规格的前提下，巴伦结构的带宽在3.443～3.524GHz内，带宽大小为81Mhz。请参考图5、图6，所示为本发明一实施方式中带有开路枝节和缺陷地结构的巴伦结构的仿真示意图。从图5、图6可以看出，在满足振幅平衡规格及相位平衡规格的前提下，巴伦结构的带宽在3.354～3.919GHz内，带宽大小为565Mhz。通过上述比较结果可以看出，本案中的巴伦结构可以提高带宽等电气性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。