[发明专利]一种立体Marchand巴伦带线结构

说明书

本发明公开了一种立体Marchand巴伦带线结构，采用5层带线层和4层带线介质基板交替层叠，上耦合传输线层和下耦合传输线层各分布两根耦合线，布线相同，同层耦合线镜像对称，连接接地金属柱和平衡端口过渡金属柱，不平衡端口传输线层分布传输线，连接不平衡端口过渡金属柱，传输线和四根耦合线的垂直投影重合，不平衡端口过渡金属柱作为输入，两个平衡端口过渡金属柱作为输出，均与上表面地的金属铺层绝缘隔离，下表面地采用金属铺层，无布线或布孔，两个接地金属柱贯穿并连接5层带线层。

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种耦合电路技术。

背景技术

随着无线通讯技术的快速演变，无线系统越来越趋向于大功率、高效率、超宽带、高线性。面对这些技术需求，GaN微波功率器件具有更大禁带宽度、更高击穿电压、更高功率密度、更大功率承受能力，相同特征尺寸下比GaAs器件效率更高，成为了无线系统固态发射链路中的主要应用和发展目标。

高功率量级的GaN功率器件，为探测系统带来探测距离、功率密度、系统效率、孔径数量等方面的优势，对电路匹配和设计使用提出了新的要求。高功率GaN功率器件要求自身输出阻抗极低，通常为1至2Ω左右，常常采用推挽式电路结构，合成大功率输出。

传统设计方法为了实现50Ω到1至2Ω的阻抗变换，常使用同轴巴伦来进行4:1的阻抗变换，再利用微带线及电容的分布式匹配电路结构，将12.5Ω匹配到功率管输出端口，达到1至2Ω阻抗。

使用传统同轴巴伦匹配，一是实现50Ω至12.5Ω的阻抗变换，二是推挽电路平衡端到不平衡端50Ω的变换。匹配电路中的同轴巴伦电尺寸长为λ/8，在大功率低频段使用，尤其是P、UHF、VHF频段，会占用很大的印制板面积，需要弯折排布来减小占用的电路尺寸。对发射电路设计而言，增加的电路尺寸带来额外的设计成本，导致系统体积增加。

过大的电路尺寸，还会带来更大的散热金属，增加系统重量，对整个工作平台的负重载荷造成严重负担。特别是对卫通讯和移动平台，其负载能力有限，这种设计方式对系统设计造成很大影响；

电路尺寸过大，还会挤占控制、能源、冷却和其他系统设备的空间及重量，导致系统设计成本增加，使系统自身工作运行可靠性下降。

由此可知，巴伦电路的小型化或者新型的匹配电路，对整个无线通讯系统小型化、轻量化显得非常重要。小型化不仅能够减小功率放大电路的使用面积和重量体积，降低收发组件带来的载荷负重，还能减轻平台和系统承重负担，保证天线的口径功率和输出效率，带来轻量化的收益。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种立体Marchand巴伦带线结构，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

采用5层带线层和4层带线介质基板交替层叠，从上到下分别为上表面地、上耦合传输线层、不平衡端口传输线层、下耦合传输线层、下表面地。

上耦合传输线层和下耦合传输线层各分布两根耦合线，布线相同，不平衡端口传输线层分布传输线，传输线和四根耦合线的垂直投影重合。

不平衡端口过渡金属柱垂直贯穿上表面地、上耦合传输线层、不平衡端口输入传输线层，作为输入；两个平衡端口过渡金属柱垂直贯穿上表面地、上耦合传输线层、不平衡端口传输线层、下耦合传输线层，作为输出；两个接地金属柱贯穿并连接5层带线层。

上表面地采用金属铺层，不平衡端口过渡金属柱和平衡端口过渡金属柱的外径小于孔径，与金属铺层绝缘隔离，下表面地采用金属铺层，无布线或布孔。

耦合线长度为λ/4，传输线的长度为λ/2，同层的两根耦合线镜像对称。

同层的一根耦合线的一端连接一个接地金属柱，另一端连接一个平衡端口过渡金属柱，另一根耦合线的一端连接另一个接地金属柱，另一端连接另一个平衡端口过渡金属柱。