一种有源超宽带平衡-不平衡变压转换器的制作方法

一种有源超宽带平衡
‑
不平衡变压转换器
技术领域
1.本发明涉及电磁兼容领域，更具体地，特别是指一种有源超宽带平衡
‑
不平衡变压转换器。


背景技术：

2.在电子产品的emc(电磁兼容)测试中，需要应用超宽带天线接收各频段的电磁波来完成测试。超宽带天线上的电流必须是平衡电流，以避免非平衡电流在天线馈线上产生辐射和系统干扰；而与此同时，应用于天线馈线的同轴电缆的屏蔽层是接地的，所以电缆中的电流是单端非平衡电流。这样就需要在馈线和超宽带天线之间加入超宽带平衡
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不平衡变压转换器(在一些技术文件中，又称巴伦)以实现超宽带平衡
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非平衡转换。同时为了减少系统插损，平衡
‑
不平衡变压转换器两端需要分别与馈线和超宽带天线实现阻抗匹配。
3.现有应用的平衡
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不平衡变压转换器技术主要应用无源方法，包括微带线或套筒、渐变线、高频变压器等方法实现。
4.基于微带线或套筒的平衡
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不平衡变压转换器，主要通过调节传输线外部反馈结构为波长的四分之一，从而迫使传输线外部电流为零，从而实现强制平衡非平衡转换。这种方法带宽有限，插损较大，调节匹配阻抗困难。
5.基于渐变线的平衡
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不平衡变压转换器通过设计过渡曲线，实现从非平衡端到平衡端的平滑过渡和阻抗转换。该方法如果过渡曲线足够平滑，可以较好地实现超宽带功能。但由于平衡
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不平衡变压转换器尺寸限制，曲线平滑程度有限，导致平衡
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不平衡变压转换器插损较大，调节匹配阻抗困难。
6.基于高频变压器的平衡
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不平衡变压转换器(如mini circuits公司的tcm4
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452x )，基于变压器原理，应用小尺寸的线圈在高频频段实现平衡非平衡转换和阻抗转换。这种方法给系统带来插损，并且低频带宽有限，调节匹配阻抗困难。
7.针对现有技术中各种平衡
‑
不平衡变压转换器的插损大、带宽低、电流不平衡、调节匹配阻抗困难的问题，目前尚无有效的解决方案。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种有源超宽带平衡
‑
不平衡变压转换器，能够减少插损、提高带宽、提高电流平衡度、实现阻抗转换和匹配，从而提升emc测试系统性能。
9.基于上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种有源超宽带平衡
‑
不平衡变压转换器，包括：
10.接收天线连接器，电性连接到超宽带天线，配置用于从超宽带天线接收承载传输信号的差分平衡电流；
11.阻抗匹配器，电性连接到接收天线连接器，配置用于针对超宽带天线来为差分平衡电流匹配阻抗；
12.差分放大器，电性连接到阻抗匹配器，配置用于从阻抗匹配器接收差分平衡电流并执行信号放大；
13.滤波器，电性连接到差分放大器，配置用于从差分放大器接收放大后的差分平衡电流并进行信号滤波；
14.高频变压器，电性连接到滤波器，配置用于从滤波器接收滤波后的差分平衡电流并将差分平衡电流转化为单端非平衡电流；
15.馈线线缆连接器，电性连接到高频变压器和同轴馈线线缆，配置用于从高频变压器接收单端非平衡电流并传送到同轴馈线线缆。
16.在一些实施方式中，阻抗匹配器包括串联在差分平衡电流所在电路上的电阻器对；阻抗匹配器配置用于通过调节电阻器对的电阻值来为差分平衡电流匹配阻抗。
17.在一些实施方式中，阻抗匹配器配置用于通过基于超宽带天线的匹配电阻和差分放大器的差分内阻而调节电阻器对的电阻值，来为差分平衡电流匹配阻抗。
18.在一些实施方式中，平衡
‑
不平衡变压转换器还包括：
19.电源，电性连接到差分放大器，配置用于为差分放大器供电。
20.在一些实施方式中，差分放大器为lmh3401芯片，使用有电源提供的
±
2.5v电压和60ma电流工作。
21.本发明实施例的第二方面提供了另一种有源超宽带平衡
‑
不平衡变压转换器，包括：
22.馈线线缆连接器，电性连接到同轴馈线线缆，配置用于从同轴馈线线缆接收承载传输信号的单端非平衡电流；
23.差分放大器，电性连接到馈线线缆连接器，配置用于从馈线线缆连接器接收单端非平衡电流，将单端非平衡电流转化为差分平衡电流并执行信号放大；
24.阻抗匹配器，电性连接到差分放大器，配置用于针对超宽带天线来为差分平衡电流匹配阻抗；
25.发送天线连接器，电性连接到阻抗匹配器和超宽带天线，配置用于从阻抗匹配器接收差分平衡电流并传送到超宽带天线。
26.在一些实施方式中，阻抗匹配器包括串联在差分平衡电流所在电路上的电阻器对；阻抗匹配器配置用于通过调节电阻器对的电阻值来为差分平衡电流匹配阻抗。
27.在一些实施方式中，阻抗匹配器通过基于超宽带天线的匹配电阻和差分放大器的差分内阻而调节电阻器对的电阻值，来为差分平衡电流匹配阻抗。
28.在一些实施方式中，平衡
‑
不平衡变压转换器还包括：
29.电源，电性连接到差分放大器，配置用于为差分放大器供电。
30.在一些实施方式中，差分放大器为lmh3401芯片，使用有电源提供的
±
2.5v电压和60ma电流工作。
31.本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的有源超宽带平衡
‑
不平衡变压转换器包括两种：一种使用接收天线连接器，电性连接到超宽带天线，从超宽带天线接收承载传输信号的差分平衡电流；阻抗匹配器，电性连接到接收天线连接器，针对超宽带天线来为差分平衡电流匹配阻抗；差分放大器，电性连接到阻抗匹配器，从阻抗匹配器接收差分平衡电流并执行信号放大；滤波器，电性连接到差分放大器，从差分放大器接收差分平衡电
流并进行信号滤波；高频变压器，电性连接到滤波器，从滤波器接收差分平衡电流并将差分平衡电流转化为单端非平衡电流；馈线线缆连接器，电性连接到高频变压器和同轴馈线线缆，从高频变压器接收单端非平衡电流并传送到同轴馈线线缆。一种使用馈线线缆连接器，电性连接到同轴馈线线缆，配置用于从同轴馈线线缆接收承载传输信号的单端非平衡电流；差分放大器，电性连接到馈线线缆连接器，配置用于从馈线线缆连接器接收单端非平衡电流，将单端非平衡电流转化为差分平衡电流并执行信号放大；阻抗匹配器，电性连接到差分放大器，配置用于针对超宽带天线来为差分平衡电流匹配阻抗；发送天线连接器，电性连接到阻抗匹配器和超宽带天线，配置用于从阻抗匹配器接收差分平衡电流并传送到超宽带天线。本发明有效地减少了系统插损，给系统带来额外增益；同时具有良好的超宽带特性，尤其是在低频段带宽；也能够方便地通过改变差分端电阻与天线进行阻抗匹配；有效提高emc测试系统的灵敏度和测试频率范围，增强emc测试性能。
32.本发明的技术方案能够较好地保证信号完整性，并且由于使用有源放大器，通过平衡
‑
不平衡变压转换器后的信号反而比矢量分析仪的激励信号幅度还要大，这样不但弥补了平衡
‑
不平衡变压转换器的插损问题，还可以给系统带来额外增益，相比其他种类巴伦优势突出。平衡
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不平衡变压转换器从低频到高频具有超宽带特性，尤其是低频段，能够方便地通过改变差分端电阻与天线进行阻抗匹配，优势突出。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器第一实施例的结构示意图；
35.图2为本发明提供的有源超宽带平衡
‑
不平衡变压转换器第一实施例的电路原理图；
36.图3为本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器第二实施例的结构示意图；
37.图4为本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器第二实施例的电路原理图；
38.图5为本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器的差分放大器的电路原理图；
39.图6为本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器第一实施例的印刷线路板图；
40.图7为本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器第二实施例的印刷线路板图；
41.图8为本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器在连接测试中的时域特性图；
42.图9为本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器在连接测试中的频域特
性图。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
44.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
45.基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器的一个实施例。图1示出的是本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器的第一实施例的结构示意图。
46.所述的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器，如图1所示包括：
47.接收天线连接器，电性连接到超宽带天线，配置用于从超宽带天线接收承载传输信号的差分平衡电流；
48.阻抗匹配器，电性连接到接收天线连接器，配置用于针对超宽带天线来为差分平衡电流匹配阻抗；
49.差分放大器，电性连接到阻抗匹配器，配置用于从阻抗匹配器接收差分平衡电流并执行信号放大；
50.滤波器，电性连接到差分放大器，配置用于从差分放大器接收放大后的差分平衡电流并进行信号滤波；
51.高频变压器，电性连接到滤波器，配置用于从滤波器接收滤波后的差分平衡电流并将差分平衡电流转化为单端非平衡电流；
52.馈线线缆连接器，电性连接到高频变压器和同轴馈线线缆，配置用于从高频变压器接收单端非平衡电流并传送到同轴馈线线缆。
53.本发明例公开所述的装置、设备等可为各种电子终端设备，例如手机、个人数字助理(pda)、平板电脑(pad)、智能电视等，也可以是大型终端设备，如服务器等，因此本发明实施例公开的保护范围不应限定为某种特定类型的装置、设备。本发明实施例公开所述的客户端可以是以电子硬件、计算机软件或两者的组合形式应用于上述任意一种电子终端设备中。
54.在一些实施方式中，阻抗匹配器包括串联在差分平衡电流所在电路上的电阻器对；阻抗匹配器配置用于通过调节电阻器对的电阻值来为差分平衡电流匹配阻抗。
55.在一些实施方式中，阻抗匹配器配置用于通过基于超宽带天线的匹配电阻和差分放大器的差分内阻而调节电阻器对的电阻值，来为差分平衡电流匹配阻抗。
56.在一些实施方式中，平衡
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不平衡变压转换器还包括电源，电性连接到差分放大器，配置用于为差分放大器供电。
57.在一些实施方式中，差分放大器为lmh3401芯片，使用有电源提供的
±
2.5v电压和60ma电流工作。
58.下面根据图2所示的具体实施例进一步阐述本发明的具体实施方式。全差分放大器芯片lm3401需要 /
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2.5v和60ma的电源，功耗为3mw，电源周边放置不同工作频率的去耦
电容保证电源稳定性。天线双端接差分输入端input1和input2，通过调节输入端电阻r4和r5可以与天线进行阻抗匹配。在本实施例中，这两个电阻值设置为115欧姆，以实现差分电阻为230欧姆，加上芯片内部的差分电阻20欧姆，可以实现与天线的匹配电阻250欧姆。在设计中，可根据不同天线，调节r4和r5实现不同阻值的宽带阻抗匹配。全差分放大器芯片输出端通过rc滤波后进入高频变压器u2，转为单端信号后与天线馈线线缆连接，实现平衡非平衡转换。
59.从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器，通过使用接收天线连接器，电性连接到超宽带天线，从超宽带天线接收承载传输信号的差分平衡电流；阻抗匹配器，电性连接到接收天线连接器，针对超宽带天线来为差分平衡电流匹配阻抗；差分放大器，电性连接到阻抗匹配器，从阻抗匹配器接收差分平衡电流并执行信号放大；滤波器，电性连接到差分放大器，从差分放大器接收差分平衡电流并进行信号滤波；高频变压器，电性连接到滤波器，从滤波器接收差分平衡电流并将差分平衡电流转化为单端非平衡电流；馈线线缆连接器，电性连接到高频变压器和同轴馈线线缆，从高频变压器接收单端非平衡电流并传送到同轴馈线线缆的技术方案，能够减少插损、提高带宽、提高电流平衡度、实现阻抗转换和匹配，从而提升emc测试系统性能。
60.本发明的技术方案能够较好地保证信号完整性，并且由于使用有源放大器，通过平衡
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不平衡变压转换器后的信号反而比矢量分析仪的激励信号幅度还要大，这样不但弥补了平衡
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不平衡变压转换器的插损问题，还可以给系统带来额外增益，相比其他种类巴伦优势突出。平衡
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不平衡变压转换器从低频到高频具有超宽带特性，尤其是低频段，能够方便地通过改变差分端电阻与天线进行阻抗匹配，优势突出。
61.基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了另一种的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器的一个实施例。图3示出的是本发明提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器的第二实施例的结构示意图。
62.如图3所示，有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器包括：
63.馈线线缆连接器，电性连接到同轴馈线线缆，配置用于从同轴馈线线缆接收承载传输信号的单端非平衡电流；
64.差分放大器，电性连接到馈线线缆连接器，配置用于从馈线线缆连接器接收单端非平衡电流，将单端非平衡电流转化为差分平衡电流并执行信号放大；
65.阻抗匹配器，电性连接到差分放大器，配置用于针对超宽带天线来为差分平衡电流匹配阻抗；
66.发送天线连接器，电性连接到阻抗匹配器和超宽带天线，配置用于从阻抗匹配器接收差分平衡电流并传送到超宽带天线。
67.在一些实施方式中，阻抗匹配器包括串联在差分平衡电流所在电路上的电阻器对；阻抗匹配器配置用于通过调节电阻器对的电阻值来为差分平衡电流匹配阻抗。
68.在一些实施方式中，阻抗匹配器配置用于通过基于超宽带天线的匹配电阻和差分放大器的差分内阻而调节电阻器对的电阻值，来为差分平衡电流匹配阻抗。
69.在一些实施方式中，平衡
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不平衡变压转换器还包括电源，电性连接到差分放大器，配置用于为差分放大器供电。
70.在一些实施方式中，差分放大器为lmh3401芯片，使用有电源提供的
±
2.5v电压和
60ma电流工作。
71.下面根据图4所示的具体实施例进一步阐述本发明的具体实施方式。图4与图2基本相似，但是图4相对于图2交换了输入和输出，并且移除了不必要的滤波器和高频变压器。具体来说，天线连接差分输出端output1和output2，单端馈线接放大器输入端，通过调节输出端电阻r1和r2可以与天线进行阻抗匹配。
72.从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的有源超宽带平衡
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不平衡变压转换器，通过使用馈线线缆连接器，电性连接到同轴馈线线缆，从同轴馈线线缆接收承载传输信号的单端非平衡电流；差分放大器，电性连接到馈线线缆连接器，从馈线线缆连接器接收单端非平衡电流，将单端非平衡电流转化为差分平衡电流并执行信号放大；阻抗匹配器，电性连接到差分放大器，针对超宽带天线来为差分平衡电流匹配阻抗；发送天线连接器，电性连接到阻抗匹配器和超宽带天线，从阻抗匹配器接收差分平衡电流并传送到超宽带天线的技术方案，能够减少插损、提高带宽、提高电流平衡度、实现阻抗转换和匹配，从而提升emc测试系统性能。
73.本发明的技术方案能够较好地保证信号完整性，并且由于使用有源放大器，通过平衡
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不平衡变压转换器后的信号反而比矢量分析仪的激励信号幅度还要大，这样不但弥补了平衡
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不平衡变压转换器的插损问题，还可以给系统带来额外增益，相比其他种类巴伦优势突出。平衡
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不平衡变压转换器从低频到高频具有超宽带特性，尤其是低频段，能够方便地通过改变差分端电阻与天线进行阻抗匹配，优势突出。
74.上述两个实施例使用的全差分放大器芯片均为lm3401，其内部等效电路可参见图5。另外，图6和图7分别示出了第一实施例和第二实施例的印刷线路板布线图，其中印刷线路板采用1mm厚的fr4板材，连接天线和馈线的微带线阻抗分别匹配天线和馈线的阻抗，微带线在连接不用宽度的器件时以渐变线连接减少信号损耗。电源模块远离高频信号区域，同时在高频信号区域周边打屏蔽过孔，以减少电源纹波带来的噪声影响。
75.本发明实施例应用矢量分析仪对平衡
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不平衡变压转换器进行测试以验证所能达到的技术效果。将发射和接收的平衡
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不平衡变压转换器差分端连接起来进行测试，可获得如图8所示的是平衡
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不平衡变压转换器的时域特性，平衡
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不平衡变压转换器设计能够较好地保证信号完整性，并且由于使用有源放大器，通过平衡
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不平衡变压转换器后的信号反而比矢量分析仪的激励信号幅度还要大，这样不但弥补了平衡
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不平衡变压转换器的插损问题，还可以给系统带来额外增益，相比其他种类平衡
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不平衡变压转换器优势突出；以及如图9所示的是平衡
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不平衡变压转换器的频域特性，平衡
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不平衡变压转换器从低频到高频具有超宽带特性，尤其是低频段，优势突出，即能够方便地通过改变差分端电阻与天线进行阻抗匹配。
76.由此，相比于其他种类的平衡
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不平衡变压转换器设计，本发明实施例通过采用全差分有源放大器进行设计，有效地减少了系统插损，并给系统带来额外增益。同时，具有良好的超宽带特性，尤其是低频段带宽。同时本发明能够方便地通过改变差分端电阻与天线进行阻抗匹配。设计的平衡
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不平衡变压转换器可有效提高emc测试系统的灵敏度和测试频率范围，增强emc测试性能。
77.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思
路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。