一种新型的超宽带微带转共面带状线巴伦

一种新型的超宽带微带转共面带状线巴伦

余冬

【摘要】设计了一种新型的微带转共面带状线(Coplanar StripLine以下简称CPS)的巴伦结构.它可以应用于多种常用的介质板上,具有结构紧凑、超宽带、低损耗的特点.制作了一个两端为50Ω微带线的背靠背电路,测试得插入损耗(S21)＞-1dB、回波损耗(S11)＜-15dB的带宽为2.7GHz～7.3GHz,S21＞-4dB、S11＜-10dB的带宽为1.4GHz～15.6GHz .

【期刊名称】《数字技术与应用》

【年(卷),期】2010(000)007

【总页数】2页(P151-152)

【关键词】微带;共面带状线;转换;巴伦;超宽带

【作者】余冬

【作者单位】上海航天局804所,上海,201109

【正文语种】中文

【中图分类】TN713

1 引言

CPS是一种单面的平衡线，具有尺寸小、易于集成在各种轮廓表面且不连续性带来的寄生效应小等优点，它广泛应用于微波平衡混频器、滤波器、移相器和天线等设备中。微带线是一种最常用的非平衡传输线。为了能充分应用这两种传输线的优

点，我们需要设计一种低损耗、小尺寸、宽频带的巴伦电路。

现在已经报导了几种微带转CPS的巴伦结构。一种基于模式转换原理的单面变换

巴伦背靠背电路的3dB插损带宽为4.5 GHz[1];一种应用优化平衡T形结的巴伦变换背靠背电路的3dB插损带宽可以达到7GHz（68%）[2（]见图1(a)）；一种应用切比雪夫变换段和λ 4 扇形匹配的巴伦变换背靠背电路的3dB插损带宽达到

9.4GHz（1GHz～10.5GHz，162%）[3]，（见图1(b)）。

以上介绍的电路中，其中部分需制作在高介电常数的介质板上以达到微带线和cps 之间的阻抗匹配；并且以上的电路中微带线和cps之间的地板存在不连续性，这

会形成阻抗突变，电路的匹配性在高频端较差。

本文提出了一种新型的巴伦电路，它可以制作在多种常用介质板上。通过调整地板的渐变区及扇形段的半径和角度来可以实现微带线与CPS的阻抗匹配。电路采用50Ω同轴馈电，无需额外增加微带阻抗匹配电路，既保证了宽带性，又使得电路

简洁紧凑。

图1 资料中介绍的巴伦变换电路

图3 电路各部分电场分布示意图

图2 新型微带转CPS巴伦示意图

2 设计思路

本文设计的电路如图2所示。可以看出：CPS中的一条带状线经过渐变地板变换

为微带线，而另一条带状线则在地板末端转换为半径R、倾斜角2θ的扇形匹配段。仿真软件使用Ansoft的HFSS。

电路中各部分的电场分布如图3所示。A-A’端处微带线的电场分布在微带线与地板之间沿Y轴方向传播，特性阻抗为50Ω；而D-D’端CPS的电场分布在两根平行的带状线之间沿X轴方向传播，特性阻抗为152Ω。可见匹配电路需要同时完成

电场旋转90°和阻抗变换的功能。在BB’段，通过微带线的地板逐渐向Y轴负方

向减少，微带线的电场分布也逐渐由沿Y轴方向变为斜向X轴方向。在C-C’段，通过扇形匹配段将地板的能量耦合到另一根带状线上，同时地板进一步渐变至0，使电场分布最终变为Y沿X轴方向传播。

图4 巴伦电路不同R对应的S参数指标

3 参数设计

因为电路的阻抗匹配是由地板的渐变以及扇形匹配段的耦合作用共同完成的。只要调整好地板的渐变段长度和角度及扇形段，理论上可以实现任意阻抗的匹配。通过大量的仿真工作，我们发现了以下规律：

a）扇形匹配段的半径R决定了巴伦电路匹配的频段（图4）；

b）地板的渐变长度dbL和角度dbθ决定了巴伦电路匹配的性能，频段越低，

dbL越大，dbθ越小。（表1）；

c）对应于CPS中缝隙（G）不同的情况，微调电路参数值可实现匹配（图4），

其中G=0.2mm对应CPS特性阻抗为107Ω，G=0.6mm对应CPS特性阻抗为152Ω，说明该电路对于两端电路的特性阻抗变化不敏感。

图5 巴伦电路不同G对应的S参数指标

4 实验研究

为了验证仿真数据的正确性，制作了一块两端为微带线的背靠背电路。它制作在Taconic TLX-6介质板上（=2.65，h=0.5mm）。实物见图6，相应参数见表2，电路总长度为90mm。

电路采用矢量网络分析仪AV3629D测试。仿真和实测结果如图7所示，两者的

趋势基本吻合，电路实测得插入损耗（S21）>-1dB、回波损耗（S11）<-15dB

的带宽为2.7GHz～7.3GHz，S21>-4dB、S11<-10dB的带宽为1.4GHz～

15.6GHz。

表2 新型微带转CPS巴伦参数?

图6 巴伦电路实物图(a为正面，b为反面)

图7 背靠背电路实测值

表1 不同频段（S11<-10dB）对应的电路参数?

5 结语

设计了一种新型的超宽带微带转CPS巴伦电路。通过优化地板的渐变设计以及扇形匹配段的尺寸实现了阻抗匹配。它可以制作在多种常用的介质板上，且无需额外的微带阻抗匹配电路，从图4的仿真结果可以看出，只要适当调整参数，该电路就能应用在更高的频段，所以该电路具有超宽带、尺寸小、结构简单、易于集成、适用频带范围广的优点。

[参考文献]

【相关文献】

[1]N.I.Dib,R.N.Simons,and L. P.B.Katehi,"New uniplanar transitions for circuit and antenna applications,"IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,vol 43,no.12, pp.2868-2873,Dec.1995. [2]Y.Qian and T.Itoh,"A broadband uniplanar microstrip-to-CPS transition,"in Microwave Conf Proc.,AMPC'97,vol 2,1997,pp609-612.

[3]Wen-Hua Tu and Kai Chang,,"Wide-Band Microstrip-to-Coplanar Stripline/Slotline Transitions"IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,VOL.54,NO.3,pp1084-1089,MARCH 2006.