多层式射频晶片型平衡至非平衡转换器制造技术

一种多层式射频晶片型平衡至非平衡转换器，包含一个多层式介电层结构，此介电层结构的等效电路主要包含一输入端口、一第一和一第二输出端口，以及复数个偶数节耦合传输线，每节耦合传输线备有一形状，且由一第一线部分和一第二线部分组成，此复数个偶数节耦合传输线备有不同节耦合传输线系数，且对称此介电层结构的中心点。依此，具有很好的相位和振幅的平衡度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于平衡至非平衡转换器(balance-to-unbalance，balun)。特别是，关于一种多层式射频晶片型平衡至非平衡转换器(multilayer radiofrequencv chip balun)。此转换器适合制作成晶片型大小元件，及应用于无线区域网路(wireless local network)及个人行动通讯设备中。平衡至非平衡转换器有多种，主要分为主动式(active)与被动式(passive)。一般被动式平衡至非平衡转换器可以分为集总式(lumped-type)、绕线式(coil-type)及分布式(distributed-type)三种。集总式的型式是利用集总式电容及电感，一方面作阻抗匹配，一方面产生180度的相位差及相等信号大小的平衡。此集总式平衡至非平衡转换器的尺寸微小，非常轻巧。但操作频宽较小，且不容易维持其相位差及信号大小的平衡。绕线式平衡至非平衡转换器则广泛使用在较低频带和UHF(ultrahigh freqency)频带，但应用在超过UHF频带时会有过大的损耗，而且缩小化程度已达极限。分布式平衡至非平衡转换器主要有180度混成型(hybrid)和马式(Marchand)两种。180度混成型平衡至非平衡转换器常使用在微波频带，也有很好的操作频宽特性，但应用在射频(RF)时，频率介于200MHz至数GHz之间，由于其由数节四分之一波长的传输线所构成，所以尺寸往往太大，即使利用曲折(meander)的方式，也很难大量缩小其面积，若利用一功率分配器再加上一对不同长度传输线以产生180度相位差的结构，也有尺寸过大的问题。目前最常使用的马式平衡至非平衡转换器是利用两节四分之一波长的耦合线所构成，如附图说明图1所示。此种平衡至非平衡转换器拥有相当大的使用频宽，不仅相位平衡度佳，而且功率分配度也佳。一般而言，此种马式平衡至非平衡转换器所使用的传输线必须具有较大的耦合量，其频宽才会良好，因此选择使用不占面积的垂直耦合(broadside coupled)的方式，并适合利用曲折方式加以缩小，常见于射频上的应用，并配合利用高介电系数的材料予以缩小化。美国专利5,497,137的文献里，公开了一种晶片型的转换器(chip typetransformer)，如图2所示。此晶片型的转换器包括一积层薄板(laminate)200，此积层薄板备有第一至第五介电基板(dielectric substrate)214a-214e，此五片介电基板被往上堆叠(superimposed one on the other)而成。在第一介电基板214a的一主要表面(main surface)上形成一接地电极(earth electrode)216。在第五介电基板214e的一主要表面(main surface)上也形成一接地电极230。在第二介电基板214b的一主要表面上形成一连接电极(connecting electrode)220。在第三介电基板214c的一主要表面上形成一第一带线(strip line)222，此第一带线222是由一第一螺旋状部分(spiral portion)224a和一第二螺旋状部分224b所构成的。在第四介电基板214d的一主要表面上形成一第二带线226和一第三带线228，此第二带线226和第三带线228分别与第一带线222的第一螺旋状部分224a和第二螺旋状部分224b电磁性连结(electromagnetically connected)。此晶片型的转换器的结构是使用垂直耦合的方式，并配合利用高介电常数的材料来达到缩小化。但，在低介电常数的材料则无法将元件缩小至晶片型的尺寸。为实现上述目的，本专利技术提供的一种射频晶片型平衡至非平衡转换器，包含有一输入端口；一第一和一第二输出端口；一第一群，由至少一节耦合传输线组成，每节耦合传输线各有一相对应的耦合系数，且由一第一线部分和一第二线部分组成，每节耦合传输线的第一线部分串接在一中心节耦合传输线的第一线部分和一开端之间，每节耦合传输线的第二线部分串接在该第一输出端口和接地端之间；以及一第二群，由至少一节耦合传输线组成，每节耦合传输线各有一相对应的耦合系数，且由一第一线部分和一第二线部分组成，每节耦合传输线的第一线部分串接在一中心节耦合传输线的第一线部分和该输入端口之间，每节耦合传输线的第二线部分串接在该第二输出端口和接地端之间；其中，至少有两节耦合传输线的耦合系数是不相同的。其中该耦合线的形状是选自螺旋状、曲折状、弦波状和锯齿状的其中一种形状。其中该转换器是利用一多层介电层结构来达成。其中该耦合传输线是一低耗损金属材质。其中该传输线是一电感性传或一电容性传输线。根据本专利技术，此多层式射频晶片型平衡至非平衡式转换器是利用耦合传输线的不同节耦合传输线系数比来使平衡端得到适当的阻抗匹配，例如每节耦合传输线可利用不同线宽，或夹层厚度来改变阻抗值。此种安排可以使得本专利技术的总长度远小于传统马氏平衡至非平衡式转换器。甚且可利用插入一节传输线来调整相位与功率平衡度，以及作复杂的阻抗匹配，例如输出、输入端的阻抗值为复数时。又，本专利技术是利用较低介电常数的材料制成的平衡至非平衡式转换器，所以也较能达到维持元件特性的稳定度的目的。本专利技术非常适合制作成微小型晶片大小元件，能满足现今通讯设备具备轻、薄、短、小特性的要求。应用于无线区域网路及个人行动通讯设备，具市场经济效益。另外，制作成微小型晶片大小元件时，本专利技术的耦合线绕线方式可利用螺旋式(spiral)、曲折式(meander)、弦波式(sinusoidal)和锯齿式(triangular)等多种方式绕线。在本专利技术的六种较佳实施例的架构中，第一种较佳实施例的架构是应用于平衡端的较低阻抗值。再利用插入一节传输线来调整相位与功率平衡度，进而应用于平衡端的较复杂的阻抗匹配。插入的一节传输线可以是电感性或是电容性的传输线。第二种较佳实施例的架构中，同样是利用螺旋式绕线，且应用于平衡端的较低阻抗值，但其平衡端采用穿孔方式来连接上层接地层至另一层介电层。其优点为因传输线长度增长而增大频宽，且较易设计平衡端位置。再利用插入一节传输线来调整相位与功率平衡度，进而应用于平衡端的较复杂的阻抗匹配。插入的一节传输线可以是电感性或是电容性的传输线。第三种较佳实施例是利用螺旋式绕线且应用于平衡端的较高阻抗值。第四种较佳实施例是利用螺旋式绕线且应用于平衡端的较低阻抗值，所采用的不同夹层厚度是将夹层金属与侧面电极相连接，使得原本需要较宽的耦合线节宽度变窄，因而可以容许更多的绕线圈数。若夹层金属无法与侧面金属连接时，则利用穿孔方式来连接上层接地层金属与不同夹层金属，使得较宽的耦合线节宽度变窄，因而可以容许更多的绕线圈数。第五种较佳实施例是利用螺旋式绕线且应用于平衡端的较高阻抗值，所采用的不同夹层厚度是将夹层金属与侧面电极相连接，使得原本需要较宽的耦合线节宽度变窄，因而可以容许更多的绕线圈数。若夹层金属无法与侧面金属连接时，则利用穿孔方式来连接上层接地层金属与不同夹层金属，使得较宽的耦合线节宽度变窄，因而可以容许更多的绕线圈数。第六种较佳实施例的架构为将前述的五种实施例中移除上下两对称结构间的接地金属分隔层，以减少电路的使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频晶片型平衡至非平衡转换器，其特征在于，包含有： 一输入端口； 一第一和第二输出端口； 一第一群，由至少一节耦合传输线组成，每节耦合传输线各有一相对应的耦合系数，且由一第一线部分和一第二线部分组成，每节耦合传输线的第一线部分串接在一中心节耦合传输线的第一线部分和一开端之间，每节耦合传输线的第二线部分串接在该第一输出端口和接地端之间；以及 一第二群，由至少一节耦合传输线组成，每节耦合传输线各有一相对应的耦合系数，且由一第一线部分和一第二线部分组成，每节耦合传输线的第一线部分串接在一中心节耦合传输线的第一线部分和该输入端口之间，每节耦合传输线的第二线部分串接在该第二输出端口和接地端之间； 其中，至少有两节耦合传输线的耦合系数是不相同的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤敬文，沈志文，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]