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3.2 模擬與實作電路設計
Zin
ZoutZoe1
表(3.1) 五節式耦合線巴倫各節對應的奇偶模阻抗值
Section 1 Section 2 Section 3 Section 4 Section 5
Zoei Ω 200 34 200 47 200
Zooi Ω 27 33 38 45 50
根據表(3.1)所對應各節耦合線奇偶模阻抗值來設計，其中第一、三、五節所要設計的 偶模阻抗高達200Ω，這如果使用平面微帶線電路式，因為製程因素無法達到，所以 在此使用第二章所敘述的垂直安裝平面基板架構來實現高偶模阻抗。把所要設計第 一、三、五節奇偶模阻抗值，對應到第二章所建立垂直安裝平面基板的奇偶模阻抗與 物理結構參數對應曲線圖(2.17)，可得到真正的物理尺寸;第二節與第四節之奇偶模阻 抗相差很小，幾乎沒有耦合，而且是可以用平面微帶耦合線製作，因此可用 ADS tools 內建 LineCalc 去計算，之後再用 Sonnet 模擬得到是否所想要奇偶模阻抗值。圖(3.7)所 示為對應的物理參數，並且將各節耦合線整理成表(3.2)；第二、四節使用的微帶線基 板跟第一、三、五節母板一樣都是T2 =20mils、εr2 =3.38，垂直安裝的子板為
、 mils
1 =20
T εr1 =3.38。表(3.2)為各節設計的物理結構參數，其中 L 為各節的耦合長 度。
T1
T2
H
W
ε
r1D
D
L
2 S
ε
r(a) (b) 圖(3.7) (a)垂直安裝平面基板 (b)平面微帶耦合線
表(3.2) 各節對應物理結構參數
Section 1 Section 2 Section 3 Section 4 Section 5 H = 100 mils
W = 50 mils L = 624 mils
D = 83 mils S = 146 mils L = 593 mils
H = 60 mils W = 31 mils L = 624 mils
D = 52 mils S = 102 mils L = 603 mils
H = 50 mils W = 20 mils L = 635 mils
把表(3.2)，用電磁模擬軟體模擬並得出奇偶模阻抗與頻率的曲線圖，如圖(3.8)，
結果都還蠻符合要設計的情況，只是第一、三、五節偶模阻抗比原先設計的還要高，
但這並不影響此巴倫的設計，反而此偶模阻抗越高越好。由(3.17)可以得到等效的奇 偶模阻抗為Zoe = 5006Ω、Zoo =34.55Ω，這已經非常近似理想耦合線巴倫偶模阻抗要 無限大、奇模阻抗Zoo =35.35Ω。圖(3.9) 由電磁模擬軟體萃取出散射參數轉成巴倫等 效電路，其中貫穿孔效應由 ADS 內建模型萃取出來，這樣子的模擬方式可以先確定 是否有良好的巴倫功能，並且可以簡化模擬的時間。比較理想巴倫與圖(3.9)電路可以 得知輸入反射損耗雖然沒像理想巴倫那麼好，但還是有在-15 dB 以下，而輸出的大小 平衡比理想的巴倫還要寬頻，相位平衡也幾乎與理想巴倫相位平衡一致。
(a)
(b)
(c)
圖(3.8) (a)(b)HFSS 模擬第一、三、五節的奇偶模阻抗對頻 率變化(c)Sonnet 模擬第二、四節的奇偶模阻抗對頻率變化
圖(3.9) 由電磁模擬軟體萃取出散射參數轉成巴倫等效電 路，其中貫穿孔效應由 ADS 內建模型萃取出來
(a)
(b)
圖(3.10) 理想巴倫與圖(3.9)響應圖 (a)輸入反射損耗響應 與輸入穿透損耗響應 (b)相位平衡響應
圖(3.11)為整體串接之後的四埠五節式耦合線，模擬其散射參數後，再代入 MWO 軟體，並代入 ADS 所萃取的貫穿孔模型參數，配置成五節式耦合線巴倫得到模擬響 應圖，其中為了減少電磁模擬的時間，所以沒有在 HFss 軟體中整體模擬巴倫電路。
圖(3.12)為五節式耦合線巴倫電路實做圖。
圖(3.11) HFss 模擬四埠五節式耦合線
圖(3.12) 五節式耦合線巴倫電路實作圖
(a)
(b)
(c)
圖(3.13) 本論文所提出多節式耦合線巴倫的散射參數:
(a)輸入穿透損耗響應(b)輸入返回損耗響應(c)相位響應
圖(3.13)(a)(b)顯示了操作中心頻為 3GHz 的五節式耦合線巴倫量測與模擬輸出大小 平衡、輸入反射損耗響應圖。其中量測的輸入反射損耗在 4GHz 以後提早上升，而跟模 擬的不同，這是因為各節之間的串接有不連續的效應、垂直安裝基板與平面耦合微帶線
間的耦合效應以及垂直的子板耦合線對位問題，不過大致上還算擁有不錯的響應。如果 定義輸入反射損耗(S11)為-10 dB，則實做巴倫涵蓋的頻率範圍為 1.55GHz 到 4.6 GHz 大 約為 100%的頻寬，其兩輸出功率相差在 1dB 以內，而在此操作頻寬內，其相位平衡響 應維持在 以內，擁有相當不錯的效能。此巴倫全程都是以印刷電路板製程來製作，
具有低成本的優點，又可達到良好的寬頻巴倫功能。
2o
±
第四章 結合威金森功率分配器與
±90o移相器的巴倫
本章中將會提出另一種寬頻巴倫的結構並達成設計，此基本的概念為先把輸入訊號 等功率等相位分出，再利用寬頻的相位移轉器來把兩等相位訊號轉換成 180 度相位差的 平衡式輸出訊號，再者此寬頻巴倫還具有全部三埠都有好的阻抗匹配、兩輸出平衡埠間 有良好的隔離度。整體的電路都是用簡單、低成本的印刷電路板製程來製作，而能到達 到不錯的寬頻效果。首先會介紹整體設計的概念，之後逐一完整敘述如何等分功率等相 位輸出以及設計寬頻的移相器。
4.1 寬頻巴倫的概念與分析模擬
巴倫的很多應用在本論文的前幾章都以介紹非常清楚，在此不多加敘述。很多巴倫 的設計也可以被用來當作功率等分器，但是其輸入埠、兩輸出埠卻不能同時阻抗匹配，
理論上，一無損耗、被動的三埠網路是不可能同時匹配的，這可以由理論式子推導得知。
如同第二章與第三章所介紹的巴倫，輸出埠是不匹配的，而且也不具有隔離度。然而針 對不同的應用需求，如推動推挽式放大器，具有輸出匹配與隔離度的巴倫也是很重要 的。近幾年來，有文獻[15]針對巴倫輸出隔離度與匹配做出了設計，如圖(4.1)為簡單的 示意圖，前級為無損耗、被動式巴倫，其輸出埠不具隔離度、也不匹配，然而第二級電 阻性網路提供了巴倫具有三埠同時匹配，以及隔離度。簡單來講就是電阻性網路提供了 -6dB 的衰減以及 180 度的相位移轉，因此造就了兩輸出埠間訊號傳遞的抵消。