一种小型化LTCC集总巴伦设计

本文提出了一种基于LTCC技术的集总巴伦的设计与实现方法。该小型化集总巴伦由简易LC巴伦结构改进 *通讯作者。

巴伦是由英文名balanced-unbalanced 的缩写BALUN 音译而来， 即平衡－非平衡变换器。

其中balanced代表差分结构，unbalanced 代表的是单端结构，巴伦一般作为单端电路与双端电路之间的转换器，单端电路是指单输入单输出的一类电路，传输的信号为非平衡信号，双端电路指双端输入的电路如偶极天线等， 传输平衡信号。现如今差分电路因其高增益、抗电磁干扰能力强、抗电源噪声、抗地噪声能力很高、抑制偶次谐波等优点越来越受到欢迎。同时，在RF 电路和低频电路中，由于差分电路广泛使用使得巴伦的重要性也与日俱增[1]。

LTCC (低温共烧陶瓷)技术自面世以来便是令人瞩目的整合组件技术， 经过这几十年的发展更是成为无源集成技术的主流技术。

为满足军用电子整机、通讯类电子产品及消费类电子产品迅速向短、小、轻、薄方向发展，手机、PDA、MP3、笔记本电脑等终端系统须拥有愈来愈多的功能，各企业及高校不断加大研发投入，越来越多的功能器件产品采用LTCC 工艺制造。低温共烧陶瓷技术(LTCC)是一种多层陶瓷制造技术，经过研磨、混料，留延，切片，打孔，印刷和填孔，叠层、切割，排胶共烧等一系列加工过程[2]。LTCC 与其他集成技术相比，加工的电路品质因数好，耐用性强，可用于恶劣环境，且易与其它集成技术兼容，成品率高，还有着节能节材绿色环保等优点。

LTCC 以其优异的电子、机械、热力特性已成为未来电子元件集成化、模组化的首选方式[3]。

本文中对巴伦的设计，由于中心频率低带宽窄，选择集总式设计亦可满足指标。其具体指标如下：中心频率为70 MHz，带宽为20 MHz，通带内插入损耗小于4.7 dB，两端口相位差大于172˚，尺寸仅为2.5 mm × 1.5 mm × 1 mm。

2. 巴伦的原理分析 巴伦是具有一个不平衡端口和两个平衡端口的三端口器件。

平衡端口输出的信号须具有相同的幅值， 且两信号还需要有180˚的相位差。许多电路需要将不平衡信号转化为平衡信号，以减少电路的噪声和高次谐波，改善电路的动态范围。

巴伦形式多样，总体上可分为有源巴伦和无源巴伦两大类。有源巴伦需要使用晶体管等有源器件， 所以噪声和功耗不可避免。而无源巴伦又可以分为分布参数形式巴伦、螺旋变压器形式巴伦和集总元件形式巴伦三类。螺旋变压器形式巴伦在低频和超高频(UHF)时效果较好，且有一定的损耗；分布参数形式巴伦可细分为180˚混合环巴伦和Marchand 巴伦。在微波频段，180˚混合环巴伦有相当好的频率响应，但是过大的尺寸限制它应用于射频频段，即从200 MHz 到几GHz。Marchand 巴伦性能较好带宽较宽，故被最多使用。但是Marchand 巴伦用四分之一波长耦合线构成，占用面积大，低频段时尤其不可取；集总元件形式巴伦两输出端口信号虽不容易达到180˚的相位差和幅值相同的输出，但其体积小、重量轻，结构简单且成本较低，且易于设计[4]。

巴伦是一种三端口网络，其中一个是不平衡输入端口，另外两个是平衡输出端口，如图1 所示。