巴倫(Balun)電路.docVIP

无线通信系统中关键性零组件之巴伦(Balun)电路 20001 7月号 第5期 Balun 是甚么 ? 英文全名是 Balance to Unbalance transformer ,是一个转换器, 平衡-不平衡或阻抗之转换. Balun 可分为两种 ( 1 ) 浮动转换器 ( 2 ) 强制转换器. 两种 Balun 都有着防止有害的同相电流的作用. 因为同相电流之发生 , 而造成了 TVI 干扰电视. 随着电波传播、通讯技术、通讯协议、单芯片微波集成电路…等这些技术的进步，许多功能强大的无线通信系统陆续的被开发出来，个人无线通信系统就是在这种背景下被发展出来的系统之一。随着第三代个人通讯系统发展与蓝芽芯片日渐成熟，其高带宽、高讯号噪声比之优点，使得WCDMA与Bluetooth的发展看好，更成为未来在ITU(International Telecommunication Union)、第三代行动通讯 International Mobile Telecommunications 2000 (IMT2000)中ITU terrestrial、ITU satellite…等实务上之商业、家电、日常生活应用的主力。 而由于目前的高通讯质量、大量且快速的传输流量、低成本的通讯设计，为了满足日益激增的使用客户，相对的通讯频带的载波也一直往高频移动，利用数字的调变技术，取得更多的通讯频道，换言之，无线通信系统的射频区块的设计与优化将是未来研究的一环。 研制适用于射频电路系统区块中所必须采用的平衡/非平衡器巴伦(Balun)电路，其主要做为不平衡电器信号转换到平衡电器信号电路间的一种转换媒介。巴伦电路常使用在平衡式混波器(balanced mixer)、推挽式放大器(push-pull amplifier)、平衡式倍频器(balanced frequency multipliers)、相移器(phase shifters)、天线馈送(antenna feeds)...等应用中，其在射频电路中具关键零组件的重要地位。Balun结构之设计对无线通信系统收发机特性具有关键性之影响，良好的Balun结构设计，具有简化电路结构、缩小电路面积、增加系统稳定度及获得最大功率转移等功效。 依照上述不同的射频电路应用需求目标，本文将以研制多种适合其电路应用之Baluns，以全波分析软件来仿真平衡/非平衡器Balun结构，藉由电磁场的分析，观察其电流量与场方向的变化，以期改进Balun之特性，并利用ROHDESCHWARZ公司的网络分析仪ZVC做自动化的量测。 巴伦(Balun)电路应用 一般射频电路中，巴伦电路的使用上非常频繁，非平衡电路与平衡电路的链接多要利用到巴伦(Balun)转接，在从事行动通讯基地站高功率多级串并结构的放大器时，在功率分配与结合上均要利用到巴伦(Balun)电路，它是一种必备的前级与后级的分配与结合器。目前也正积极的利用低温共烧电子陶瓷(LTCC)技术设计出结构非常小的滤波器与巴伦(Balun)电路。而业界亦颈盼熟悉此关键电路之工程人员为其所用，学术界更积极投入其在MMIC、MIC应用电路中之Know How与研制上，巴伦(Balun)电路应用如下述说明之： (１)平衡式混波器(balanced mixer) 需要在转换损耗(conversion loss)、隔离度(isolation)、交互调变失真(intermodulation distortion)严格要求下，使其在频率间的转换具有混波效果，搭配适合于平衡式混波器(balanced mixer)的Balun转接，可以将上述特性表现出来。 (２)推挽式放大器(push-pull amplifier) 在前级设计需搭配Balun转换器提供功率分配、结合高隔离的特性，在多级功率放大器的推挽式架构下，Balun转换器是目前最适合的担任推挽式放大器前、后级的功率分配与结合路。 (３)推挽式平衡式倍频器(blanced frequency multipliers) 其前级搭配Balun转换器，利用输入端的耦合器产生振幅相等、相位差180度的一对平衡线输出，由于输出讯号具有对称性，可以将奇次谐波成分抑制到最小，并将倍频器的输出效应发挥至最高。 (４)天线馈送(antenna feeds) 在双极天线的设计上必须提供一组平衡的电器讯号去激发天线组件，在此条件下一定需要利用到Balun转换器，Balun转换器除了提供一组平衡的电器讯号去激发天线组件外，并提供阻抗匹配的优点，可以将天线的辐射效应增加到最大。 设计方式 传统马钦德巴伦(Marchand Balun)电路之传输线模型结构(图1)，微带在线下做耦合(Tight coupler)，在设计与应用上占了较大的设计面积。在近十年间，多位学者