改进型Marchand巴伦结构及奇、偶模统一分析法制造技术

本发明专利技术公开了一种改进型Marchand巴伦结构及奇、偶模统一分析法，涉及巴伦结构技术领域，在第一平衡输出端口设置第一阻抗变换器，第二平衡输出端口设置第二阻抗变换器，两个平衡输出端口之间设置隔离电路，不平衡输入端口设置第三阻抗变换器；隔离电路包括一个理想相位逆变器和两个电阻，两个电阻通过串联形式分别设置在理想相位逆变器两端。奇、偶模统一分析法是在电路断开处连接一接地虚拟阻抗Z

【技术实现步骤摘要】
改进型Marchand巴伦结构及奇、偶模统一分析法


[0001]本专利技术涉及巴伦结构
，更具体的说是涉及一种灵活阻抗变换的改进型Marchand巴伦结构及奇、偶模统一分析法。

技术介绍

[0002]巴伦是平衡和不平衡信号的电路或系统中不可缺少的部件，广泛应用于功分滤波器、功率放大器、平衡混频器、倍频器、天线馈电、端射天线等。根据工作频率和应用，可以使用多种技术实现巴伦，如铁氧体材料、陶瓷工艺、有源器件、集总元件传输线，以及其它技术。
[0003]Marchand巴伦因其良好的幅度、相位平衡及带宽，在微波频率中是最受欢迎的巴伦配置。现有技术中给出了Marchand巴伦耦合系数与输入输出阻抗的关系，但是其阻抗变换的改变靠改变耦合系数来实现，不具灵活性，文献New Design Formulas for Impedance
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Transforming3
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dB Marchand Balun从输出端口的隔离导出了输入与输出阻抗与奇偶模阻抗之间的关系，并对隔离电路进行了设计，但端口设计与隔离电路设计相对复杂，无法实现灵活阻抗变换，文献A Novel Uniplanar Balun With Transparent Termination Impedance虽然实现了阻抗变换的功能，但工作带宽较窄，而且未见对平衡输出端口隔离的讨论。
[0004]对称电路最常见的分析方法是奇偶模分析法或差共模分析法，对于对称电路，都是对同一类参数在结构近似的两个半电路中进行分析，分析过程基本重复，且繁杂。文献A Miniaturized Microstrip Balun Constructed With Two$\lambda/8$Coupled Lines and a Redundant Line中利用偶模半电路和奇模半电路进行分析，然后将Marchand巴伦的混合模参数转换回标准模参数，提出了一种用于Marchand巴伦的偶数模式匹配网络，以实现在平衡端口的50Ω匹配。文献A Bandwidth Improved Broadband Compact Lumped
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Element Balun With Tail Inductor中导出了阻抗转换比与耦合器耦合系数的关系，通过使用兰格耦合器增强耦合实现50
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40Ω阻抗转换巴伦，文献A Miniaturized Marchand Balun Model With Short
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End and Capacitive Feeding中通过三线模式增强耦合实现巴伦。文献Design of Switchable Dual
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Balun Feeding Structure for Pattern
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Reconfigurable End fire Antenna中基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术，提出了一种采用纵向孔径耦合微带
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基板集成波导(SIW)过渡的宽带平面巴伦，提出的巴伦包括一个3分贝SIW功率分压器和三个纵向孔径耦合微带
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SIW过渡，可以很方便地实现与频率无关的失相或同相特性，而且不需要像marchand巴伦那样的紧密耦合因子。
[0005]现有的电路分析法较为复杂，因此如何提高分析效率和分析速率，减少分析过程，并提出一种改进型Marchand巴伦，以实现巴伦结构中所有端口匹配、输出端口全频率隔离、灵活阻抗变换，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种灵活阻抗变换的改进型Marchand巴伦结构及奇、偶模统一分析法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种灵活阻抗变换的改进型Marchand巴伦结构，包括基板和设置在基板上的电路结构，所述电路结构包括第一耦合线和第二耦合线，所述第一耦合线一端设置有不平衡输入端口，另一端与第二耦合线连接，所述第一耦合线与第二耦合线之间设置有第一平衡输出端口和第二平衡输出端口；
[0009]所述电路结构还包括设置在第一平衡输出端口的第一阻抗变换器、设置在第二平衡输出端口的第二阻抗变换器、设置在第一平衡输出端口和第二平衡输出端口之间的隔离电路、设置在不平衡输入端口的第三阻抗变换器。
[0010]可选的，所述隔离电路包括一个理想相位逆变器和两个电阻，两个电阻通过串联形式分别设置在理想相位逆变器两端。
[0011]可选的，所述隔离电路的传输矩阵，即ABCD矩阵，为：
[0012][0013]其中，R表示隔离电路的电阻理论值，隔离电路的两个电阻理论值R1＝R2，表示第一平衡输出端口和第二平衡输出端口的端阻抗。
[0014]可选的，所述第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器的特征阻抗理论值为：
[0015][0016]其中，Z2表示第一阻抗变换器的特征阻抗理论值，Z3表示第二阻抗变换器的特征阻抗理论值，Z
T
表示第三阻抗变换器的特征阻抗理论值，R1和R2分别表示隔离电路的两个电阻理论值，Z
S
表示输入阻抗，Z
L
表示输出阻抗，Z
0e
表示奇模阻抗，Z
0o
表示偶模阻抗。
[0017]可选的，所述隔离电路的电阻理论值为：
[0018][0019]其中，R1和R2分别表示隔离电路的两个电阻理论值，Z
S
表示输入阻抗，Z
0e
表示奇模阻抗，Z
0o
表示偶模阻抗。
[0020]可选的，第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器的电长度均为四分之一波长，所述波长为所述改进型Marchand巴伦预设的波长。
[0021]本专利技术还提供一种奇、偶模统一分析法，在对称微波电路的奇模、偶模电路断开处连接一接地虚拟阻抗Z
v
，得到奇、偶模统一电路，所述奇、偶模统一电路包括一耦合线，所述耦合线一端设置有不平衡输入端口，另一端设置有平衡输出端口；
[0022]令奇模时Z
v
→
0，偶模时Z
v
→
∞，分析过程中不区分奇偶模。
[0023]可选的，所述对称微波电路为Marchand巴伦，则Marchand巴伦的奇、偶模统一电路的端口电压、电流导纳矩阵关系为：
[0024][0025]其中：
[0026][0027]所述θ表示耦合线电长度；
[0028]当输出端口接阻抗Z
L
时，不平衡输入端口的输入阻抗为：
[0029][0030]Y
ceo
表达式为：
[0031][0032]所述θ
c
表示连接段电长度；
[0033]偶模导纳为：
[0034][0035]奇模导纳为：
[0036][0037]根据M1、M2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种灵活阻抗变换的改进型Marchand巴伦结构，其特征在于，包括基板和设置在基板上的电路结构，所述电路结构包括第一耦合线和第二耦合线，所述第一耦合线一端设置有不平衡输入端口，另一端与第二耦合线连接，所述第一耦合线与第二耦合线之间设置有第一平衡输出端口和第二平衡输出端口；所述电路结构还包括设置在第一平衡输出端口的第一阻抗变换器、设置在第二平衡输出端口的第二阻抗变换器、设置在第一平衡输出端口和第二平衡输出端口之间的隔离电路、设置在不平衡输入端口的第三阻抗变换器。2.根据权利要求1所述的一种灵活阻抗变换的改进型Marchand巴伦结构，其特征在于，所述隔离电路包括一个理想相位逆变器和两个电阻，两个电阻通过串联形式分别设置在理想相位逆变器两端。3.根据权利要求2所述的一种灵活阻抗变换的改进型Marchand巴伦结构，其特征在于，所述隔离电路的传输矩阵，即ABCD矩阵，为：其中，R表示隔离电路的电阻理论值，隔离电路的两个电阻理论值R1＝R2，表示第一平衡输出端口和第二平衡输出端口的端阻抗。4.根据权利要求1所述的一种灵活阻抗变换的改进型Marchand巴伦结构，其特征在于，所述第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器的特征阻抗理论值为：所述第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器的特征阻抗理论值为：其中，Z2表示第一阻抗变换器的特征阻抗理论值，Z3表示第二阻抗变换器的特征阻抗理论值，Z
T
表示第三阻抗变换器的特征阻抗理论值，R1和R2分别表示隔离电路的两个电阻理论值，Z
S
表示输入阻抗，Z
L
表示输出阻抗，Z
0e
表示奇模阻抗，Z
0o
表示偶模阻抗。5.根据权利要求2所述的一种灵活阻抗变换的改进型Marchand巴伦结构，其特征在于，所述隔离电路的电阻理论值为：其中，R1和R2分别表示隔离电路的两个电阻理论值，Z
S
表示输入阻抗，Z
0e
表示奇模阻抗，Z
0o
表示偶模阻抗。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：