[go: up one dir, main page]

JP6589208B2 - Balun transformer and power amplifier using the same - Google Patents

Balun transformer and power amplifier using the same Download PDF

Info

Publication number
JP6589208B2
JP6589208B2 JP2016133035A JP2016133035A JP6589208B2 JP 6589208 B2 JP6589208 B2 JP 6589208B2 JP 2016133035 A JP2016133035 A JP 2016133035A JP 2016133035 A JP2016133035 A JP 2016133035A JP 6589208 B2 JP6589208 B2 JP 6589208B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
transmission line
admittance
coupled
balun transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016133035A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018007087A (en
Inventor
末松 憲治
憲治 末松
亀田 卓
卓 亀田
高木 直
直 高木
一真 寺嶋
一真 寺嶋
藤井 憲一
憲一 藤井
坪内 和夫
和夫 坪内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wave Technology Inc Japan
Original Assignee
Wave Technology Inc Japan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wave Technology Inc Japan filed Critical Wave Technology Inc Japan
Priority to JP2016133035A priority Critical patent/JP6589208B2/en
Publication of JP2018007087A publication Critical patent/JP2018007087A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6589208B2 publication Critical patent/JP6589208B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

本発明はバラントランスに関し、特に、不平衡端子と平衡端子とをインピーダンス変換して接続するバラントランスおよびそれを用いた電力増幅器に関する。   The present invention relates to a balun transformer, and more particularly to a balun transformer that connects an unbalanced terminal and a balanced terminal by impedance conversion and a power amplifier using the balun transformer.

バラントランスは、不平衡端子と平衡端子とをインピーダンス変換して接続する回路である。
従来、4分の1波長結合伝送線路を用いたバラントランスにおいては、結合線路理論による理論的な設計方程式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、4分の1波長結合伝送線路を用いると、バラントランスの回路サイズが大きくなりすぎる問題がある。
また、4分の1波長結合伝送線路を用いず、電気長が1[rad]以下の2本の伝送線路からなる結合伝送線路を用いたバラントランスの理論的な設計方程式が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
しかしながら、結合伝送線路を用いる場合、2本の伝送線路で構成すると、挿入損失が大きくなる場合がある。
The balun transformer is a circuit that connects an unbalanced terminal and a balanced terminal by impedance conversion.
Conventionally, in a balun transformer using a quarter-wavelength coupled transmission line, a theoretical design equation based on a coupled line theory has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
However, when a quarter-wavelength coupled transmission line is used, there is a problem that the circuit size of the balun transformer becomes too large.
In addition, a theoretical design equation of a balun transformer using a coupled transmission line composed of two transmission lines having an electrical length of 1 [rad] or less without using a quarter wavelength coupled transmission line has been proposed ( For example, refer nonpatent literature 1).
However, when a coupled transmission line is used, the insertion loss may increase when the transmission line is composed of two transmission lines.

特開2006−121313号公報JP 2006-121313 A

C−2−55「2倍波分波機能を備えた2GHz帯超小型CMOSオンチップバラン」2016年電子情報通信学会総合大会講演論文集(エレクトロニクス講演論文集1)84頁、2016/3/15−18C-2-55 “2 GHz band ultra-compact CMOS on-chip balun with double-wave demultiplexing function” 2016 IEICE General Conference Proceedings (Electronics Proceedings 1) 84, 2016/3/15 -18

集積回路を用いるバラントランスは、集積回路のチップサイズの小型化の要求に合わせて、結合線路理論によるバラントランスの設計方程式が、2本の伝送線路からなる電気長が1[rad]以下の結合伝送線路について確立している。しかしながら、挿入損失を小さくするには、結合伝送線路を構成する伝送線路の本数を増やせばよいが、その場合の設計方程式が確立していなかった。   In a balun transformer using an integrated circuit, a design equation of a balun transformer based on a coupled line theory is coupled with an electrical length of 1 [rad] or less in accordance with a coupled line theory in accordance with a demand for miniaturization of the chip size of the integrated circuit. A transmission line has been established. However, in order to reduce the insertion loss, the number of transmission lines constituting the coupled transmission line may be increased. However, the design equation in that case has not been established.

本発明は上述の問題に鑑み、3本以上の伝送線路からなる電気長が1[rad]以下の結合伝送線路を用いたバラントランスの、結合線路理論による設計方程式を提案し、これに基づき、挿入損失が小さく小型で良好な電気特性を有するバラントランスおよびそれを用いた電力増幅器を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention proposes a design equation based on a coupled line theory for a balun transformer using a coupled transmission line having an electrical length of 3 [rad] or less composed of three or more transmission lines. An object of the present invention is to provide a balun transformer having a small insertion loss, a small size and good electrical characteristics, and a power amplifier using the balun transformer.

本発明は、不平衡信号と平衡信号とを変換するバラントランスにおいて、不平衡端子のアドミタンスをL、平衡端子のアドミタンスをY、隣接線路間が結合する周期構造結合伝送線路の偶モードアドミタンスY´ oeおよび奇モードアドミッタンスY´ oo、マイクロストリップ線路の特性アドミタンスをY、電気長をθとした場合、これらが所定の設計方程式を満たすように構成されたバラントランスである。 In the balun transformer for converting an unbalanced signal and a balanced signal, the present invention provides an even mode admittance of a periodic structure coupled transmission line in which the admittance of the unbalanced terminal is L S , the admittance of the balanced terminal is Y L , and adjacent lines are coupled. When Y oe and odd mode admittance Y oo , the characteristic admittance of the microstrip line is Y O , and the electrical length is θ, these are balun transformers configured to satisfy a predetermined design equation.

本発明によれば、小型で低損失なバラントランスおよびそれを用いた電力増幅器を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a small and low-loss balun transformer and a power amplifier using the same can be provided.

本発明の実施の形態1におけるバラントランスを示す回路構造図である。It is a circuit structure figure which shows the balun transformer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるバラントランスの等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the balun transformer in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1におけるバラントランスの等価回路について説明するための等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram for demonstrating the equivalent circuit of the balun transformer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるバラントランスの結合伝送線路の断面の容量モデルを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the capacity | capacitance model of the cross section of the coupling transmission line of the balun transformer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるバラントランスの結合伝送線路の断面の容量モデルを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the capacity | capacitance model of the cross section of the coupling transmission line of the balun transformer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるバラントランスの結合伝送線路の断面の容量モデルを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the capacity | capacitance model of the cross section of the coupling transmission line of the balun transformer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るバラントランスの結合伝送線路部分における等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic in the coupling | bonding transmission line part of the balun transformer which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるバラントランスの等価回路を簡易化して示した等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic which simplified and showed the equivalent circuit of the balun transformer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るバラントランスにおける伝送線路が3本の場合を示す回路構造図である。It is a circuit structure figure which shows the case where the number of the transmission lines in the balun transformer which concerns on Embodiment 1 of this invention is three. 本発明の実施の形態1に係るバラントランスの実施例における結合伝送線路の断面図である。It is sectional drawing of the coupling transmission line in the Example of the balun transformer which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るバラントランスの実施例における入力反射特性の測定結果と等価回路シミュレーションを示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the input reflection characteristic in the Example of the balun transformer which concerns on Embodiment 1 of this invention, and an equivalent circuit simulation. 本発明の実施の形態1に係るバラントランスの実施例における通過振幅特性の測定結果と等価回路シミュレーションを示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the passage amplitude characteristic in the Example of the balun transformer which concerns on Embodiment 1 of this invention, and an equivalent circuit simulation. 本発明の実施の形態1に係るバラントランスの実施例における通過位相特性の測定結果と等価回路シミュレーションを示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the passage phase characteristic in the Example of the balun transformer which concerns on Embodiment 1 of this invention, and an equivalent circuit simulation. 本発明の実施の形態2におけるバラントランスを示す回路構造図である。It is a circuit structure figure which shows the balun transformer in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるバラントランスの等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the balun transformer in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるバラントランスを示す回路構造図である。It is a circuit structure figure which shows the balun transformer in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるバラントランスの等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the balun transformer in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4におけるバラントランスを示す回路構造図である。It is a circuit structure figure which shows the balun transformer in Embodiment 4 of this invention. 本発明に係るバラントランスを用いた実施の形態5における電力増幅器を示す回路構造図である。It is a circuit structure figure which shows the power amplifier in Embodiment 5 using the balun transformer which concerns on this invention. 本発明に係るバラントランスを用いた実施の形態6における電力増幅器を示す回路構造図である。It is a circuit structure figure which shows the power amplifier in Embodiment 6 using the balun transformer which concerns on this invention.

実施の形態1.
本発明の実施の形態1のバラントランス1000について説明する。図1は、実施の形態1におけるバラントランス1000の回路構造図である。
バラントランス1000は、入力された不平衡信号を、位相が180度異なる平衡信号に変換する電気回路であり、かつ、不平衡端子と平衡端子のインピーダンスを変換する電気回路である。
バラントランス1000は、アドミタンスがYである不平衡端子P1、アドミタンスがYである平衡端子P2、P3、第1から第N(Nは奇数、N≧3)の伝送線路11、12、・・・、1Nを備える。伝送線路11、12、・・・、1Nは線路幅がW、それらの線路が間隔Sで(左右、または、上下に)周期的に配置され、隣接する線路どうしが互いに電磁気的に結合した結合伝送線路111を構成する。第2、4、・・・、N−1の伝
送線路、即ち偶数番目の伝送線路12、14、・・・、1(N−1)の両端は端子1、2で互いに接続し、第1、3、・・・、Nの伝送線路、即ち奇数番目の伝送線路11、13、・・・、1Nの両端は端子3、4で互いに接続されている。伝送線路の本数Nを増やすことにより,挿入損失を小さくすることができる。また,最適なインピーダンス変換を行うことができる。
図1は端子3、4が右側部位置に設けられているバラントランスであるが、端子3、4は用途に合わせて任意の位置に設けてもよい。端子1は第1の負荷である不平衡端子P1に接続され、端子2はグランドに短絡されている。端子3と端子4はそれぞれ第2と第3の負荷である平衡端子P2とP3に接続されている。不平衡端子P1に並列に容量C、平衡端子P2とP3との間に容量Cが接続されている。なお、この容量Cと容量Cは接続しなくてもよく、接続しない場合はC=0またはC=0に対応する。伝送線路11、12、・・・、1Nの線路長(電気長)は、設計周波数fに対して2θ≦1[rad]以下である。なお、図1のバラントランス1000は八角形であるが、バラントランス1000の形は、どのような多角形でも、円形でも、直線でもよい。
図2は実施の形態1におけるバラントランス1000の等価回路図である。図1に示す結合伝送線路111部分は偶モード特性アドミタンスがY´ oe、奇モード特性アドミタンスがY´ oo、線路長がθの結合伝送線路51および52、特性アドミタンスがY、線路長がθの伝送線路31および32、インピーダンス変成比が1:√{(N−1)/2}のインピーダンス変換器61〜68を用いて表すことができる。ここで、Y´ oeおよびY´ ooは、線路幅W、線路間隔Sで周期的に配置され、隣接する線路間で互いに電磁的に結合する周期構造結合伝送線路の偶モード特性アドミタンスおよび奇モード特性アドミタンスである。また、Yは、線路幅Wのマイクロストリップ線路の特性アドミタンスである。
等価回路より、端子1からバラントランス側を見込む入力アドミタンスYinは次式(1)で表すことができる。
Embodiment 1 FIG.
A balun transformer 1000 according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a circuit structure diagram of a balun transformer 1000 according to the first embodiment.
The balun transformer 1000 is an electric circuit that converts an input unbalanced signal into a balanced signal that is 180 degrees out of phase, and is an electric circuit that converts the impedance of the unbalanced terminal and the balanced terminal.
Balun transformer 1000, admittance Y is S unbalanced terminal P1, admittance Y L a is balanced terminals P2, P3, (the N odd, N ≧ 3) Nos. 1 through N transmission line 11, 12, & -1N is provided. Transmission lines 11, 12,..., 1N have a line width of W, and these lines are periodically arranged at intervals S (left and right or up and down), and adjacent lines are electromagnetically coupled to each other. A transmission line 111 is configured. The second, fourth,..., N-1 transmission lines, that is, the even-numbered transmission lines 12, 14,. , N, that is, odd-numbered transmission lines 11, 13,..., 1N are connected to each other by terminals 3 and 4. Insertion loss can be reduced by increasing the number N of transmission lines. In addition, optimum impedance conversion can be performed.
Although FIG. 1 shows a balun transformer in which the terminals 3 and 4 are provided at the right side position, the terminals 3 and 4 may be provided at any position according to the application. The terminal 1 is connected to the unbalanced terminal P1, which is the first load, and the terminal 2 is short-circuited to the ground. Terminals 3 and 4 are connected to balanced terminals P2 and P3, which are second and third loads, respectively. A capacitor C 1 is connected in parallel to the unbalanced terminal P1, and a capacitor C 2 is connected between the balanced terminals P2 and P3. Note that the capacitor C 1 and the capacitor C 2 do not have to be connected, and when not connected, C 1 = 0 or C 2 = 0. Transmission lines 11, 12, ..., the line length of 1N (electrical length) is 2θ ≦ 1 [rad] or less with respect to the design frequency f 0. Although the balun transformer 1000 of FIG. 1 is an octagon, the shape of the balun transformer 1000 may be any polygon, a circle, or a straight line.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the balun transformer 1000 according to the first embodiment. The coupled transmission line 111 shown in FIG. 1 has coupled transmission lines 51 and 52 whose even mode characteristic admittance is Y oe , odd mode characteristic admittance is Y oo , the line length is θ, the characteristic admittance is Y O , and the line length is θ. Transmission lines 31 and 32, and impedance transformers 61 to 68 having an impedance transformation ratio of 1: √ {(N−1) / 2}. Here, Y oe and Y oo are even-mode characteristic admittance and odd mode of a periodically coupled transmission line that is periodically arranged with a line width W and a line interval S and electromagnetically couples between adjacent lines. It is characteristic admittance. Y O is the characteristic admittance of a microstrip line having a line width W.
From the equivalent circuit, the input admittance Y in which expects the balun transformer side from the terminal 1 can be expressed by the following equation (1).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

一方,端子1から不平衡端子P1側を見込む負荷アドミタンスY´ は、設計周波数fでYinに複素共役整合するように選ばれる。すなわち、Y´ は次式(2)で表すことができる。 On the other hand, the load admittance Y S that expects the unbalanced terminal P1 side from the terminal 1 is selected so as to be complex conjugate matched to Y in at the design frequency f 0 . That is, Y S can be expressed by the following equation (2).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

図2の等価回路に用いられる回路エレメントは一般的な市販回路シミュレータに備えられているため、本発明の実施の形態1は、回路シミュレータで計算できることを特徴としている。   Since the circuit element used for the equivalent circuit of FIG. 2 is provided in a general commercially available circuit simulator, the first embodiment of the present invention is characterized in that it can be calculated by the circuit simulator.

[実施の形態1における設計方程式の導出]
実施の形態1のバラントランスの設計方程式の導出方法について詳細に説明する。まずは、図1に示すバラントランスの等価回路が図2となることを説明する。
図1の回路図を等価回路で表すと、図3のように結合伝送線路111がN本線路の結合伝送線路80、81に分解して表すことができる。ここで、各線路の線路幅をW、線路間距離をSとし、結合伝送線路80の断面を図4のように容量モデルで書き表すことを考える。Cは線路とグランドが平行平板容量をなしている場合の容量であり、Cは結合伝送線路間における、平行平板から漏れ出す線路とグランド間の容量であり、Cは結合伝送線路間における、線路間の容量であり、Cは外側の平行平板から漏れ出す線路とグランド間の容量であり、接続線は等電位である。さらに、全ての線路を半分に分割すると図5のように表すことができる。等電位は自由に繋ぎ変えても良いので、図6のように繋ぎ変える事を考える。図6において、91aは線路幅Wのマイクロストリップ線路と等価であり、91b、92b、・・・、9(N−1)bは線路幅がW、線路間距離がSである結
合伝送線路が周期的にN−1個並んでいるのと等価である。従って、図1の回路図は図2の等価回路で表すことができる。
[Derivation of Design Equation in Embodiment 1]
A method for deriving the design equation of the balun transformer according to the first embodiment will be described in detail. First, it will be described that the equivalent circuit of the balun transformer shown in FIG.
When the circuit diagram of FIG. 1 is represented by an equivalent circuit, the coupled transmission line 111 can be disassembled into N coupled transmission lines 80 and 81 as shown in FIG. Here, it is assumed that the line width of each line is W, the distance between the lines is S, and the cross section of the coupled transmission line 80 is represented by a capacity model as shown in FIG. C 3 is a capacitance when the line and the ground form a parallel plate capacitance, C 4 is a capacitance between the line and the ground leaking from the parallel plate between the coupled transmission lines, and C 5 is between the coupled transmission lines. , C 6 is the capacitance between the line leaking from the outer parallel plate and the ground, and the connection line is equipotential. Furthermore, when all the lines are divided in half, it can be expressed as shown in FIG. Since equipotentials can be freely changed, it is considered that they are changed as shown in FIG. In FIG. 6, 91a is equivalent to a microstrip line having a line width W, and 91b, 92b,..., 9 (N−1) b are coupled transmission lines having a line width W and a distance between lines S. This is equivalent to periodically arranging N-1. Therefore, the circuit diagram of FIG. 1 can be represented by the equivalent circuit of FIG.

次に、図2の等価回路図を用いた実施の形態1のバラントランスの設計方程式の導出について説明する。まず、結合伝送線路80の回路方程式を考える。図7に示すように、結合伝送線路80に14個のノード(ノード1a〜6a、1b〜4b、X、Y)を与える。各ノードの電流と電圧の関係式を考える。伝送線路31はマイクロストリップ線路であるので、次式(3)の関係となる。   Next, the derivation of the design equation of the balun transformer of the first embodiment using the equivalent circuit diagram of FIG. 2 will be described. First, consider the circuit equation of the coupled transmission line 80. As shown in FIG. 7, 14 nodes (nodes 1 a to 6 a, 1 b to 4 b, X, Y) are given to the coupled transmission line 80. Consider the relationship between the current and voltage at each node. Since the transmission line 31 is a microstrip line, the relationship of the following equation (3) is established.

Figure 0006589208
Figure 0006589208

ここで、次式(4)を考慮する。   Here, the following equation (4) is considered.

Figure 0006589208
Figure 0006589208

結合伝送線路51は結合線路理論より、次式(5)のように表すことができる。   The coupled transmission line 51 can be expressed by the following equation (5) from the coupled line theory.

Figure 0006589208
Figure 0006589208

ここで、次式(6)を考慮する。   Here, the following equation (6) is considered.

Figure 0006589208
Figure 0006589208

2θ≦1[rad]の場合、式(5)はθの1次の項まで展開すると、次式(7)となる。   When 2θ ≦ 1 [rad], the expression (5) is expanded to the first-order term of θ to be the following expression (7).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

また、インピーダンス変換器61〜64の電圧と電流は、次式(8)となる。   Moreover, the voltage and current of the impedance converters 61 to 64 are expressed by the following equation (8).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

また、ノードXとYにおいて、キルヒホッフの法則と電圧の関係式より、次式(9)となる。   Further, at nodes X and Y, the following equation (9) is obtained from Kirchhoff's law and the relational expression of voltage.

Figure 0006589208
Figure 0006589208

以上を整理することにより、結合伝送線路80の回路方程式は式(10)のように表せる。   By arranging the above, the circuit equation of the coupled transmission line 80 can be expressed as in Expression (10).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

ここで、次式(11)を考慮する。   Here, the following equation (11) is considered.

Figure 0006589208
Figure 0006589208

結合伝送線路80の回路方程式が得られたので、実施の形態1のバラントランスの等価回路図は図8のように簡単化できる。図8では8個のノード(1c〜8c)を与えて考える。電圧の関係式より、次式(12)となる。   Since the circuit equation of the coupled transmission line 80 is obtained, the equivalent circuit diagram of the balun transformer of the first embodiment can be simplified as shown in FIG. In FIG. 8, eight nodes (1c to 8c) are given. From the voltage relational expression, the following expression (12) is obtained.

Figure 0006589208
Figure 0006589208

キルヒホッフの法則を適用して、次式(13)となる。   Applying Kirchhoff's law, the following equation (13) is obtained.

Figure 0006589208
Figure 0006589208

さらに、ノード1cから結合伝送線路80側を見込むアドミタンスをYinとすると、次式(14)で表される。 Furthermore, when the admittance that anticipates the coupled transmission line 80 side from the node 1c is Y in , it is expressed by the following equation (14).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

ここで、平衡端子のアドミタンスは、次式(15)である。   Here, the admittance of the balanced terminal is expressed by the following equation (15).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

式(10)〜式(15)を解くことで前述の式(1)が得られる。   By solving the equations (10) to (15), the above equation (1) is obtained.

さらに、端子1から不平衡端子P1側を見込む負荷アドミタンスY´ は、設計周波数fでYinに複素共役整合するように選ばれる。すなわち、Y´ は前述の式(2)で表すことができる。 Further, the load admittance Y S that expects the unbalanced terminal P1 side from the terminal 1 is selected so as to be complex conjugate matched to Y in at the design frequency f 0 . That is, Y S can be expressed by the above-described formula (2).

(実施の形態1の具体例)
一例として、CMOS(complementary metal oxide semiconductor) プシュプル電力増幅器の出力整合回路に用いることを目的として、以下の条件でシミュレーションを行い、バラントランスをCMOS上に試作して本発明の有効性を確認した。
設計周波数:f=2.0[GHz]
不平衡端子アドミタンス:Y=20[mS]
平衡端子アドミタンス:Y=60+j25f[mS](fは周波数,単位GHz)
容量:C=1.5[pF]
容量:C=2.1[pF]
なお、この試作では、伝送線路の本数Nを3本とし、インピーダンス整合のために、容量C、Cを用いた。図9は、伝送線路の本数Nが3本のバラントランスの回路構造図である。
また、IC(集積回路)内部にバラントランスを作り込むことを想定し、シリコン基板上に作り込んだサイドカップル結合伝送線路を用いて伝送線路を構成した場合を説明する。
(Specific example of Embodiment 1)
As an example, for the purpose of use in an output matching circuit of a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) push-pull power amplifier, simulation was performed under the following conditions, and a balun transformer was fabricated on a CMOS to confirm the effectiveness of the present invention.
Design frequency: f 0 = 2.0 [GHz]
Unbalanced terminal admittance: Y S = 20 [mS]
Balanced terminal admittance: Y L = 60 + j25f [mS] (f is frequency, unit GHz)
Capacity: C 1 = 1.5 [pF]
Capacity: C 2 = 2.1 [pF]
In this trial manufacture, the number N of transmission lines is three, and the capacitors C 1 and C 2 are used for impedance matching. FIG. 9 is a circuit structure diagram of a balun transformer having three transmission lines N. In FIG.
In addition, assuming that a balun transformer is formed in an IC (integrated circuit), a case where a transmission line is configured using a side-coupled transmission line formed on a silicon substrate will be described.

図10は、シリコン基板の上面部に設けたサイドカップル結合伝送線路の断面構造を示す。伝送線路11、12、13の線路幅をW、隣接する2つの伝送線路間の距離をSとし、これらは誘電体301(半導体基板)の上面に形成された誘電体302(酸化膜)に設けられている。なお、伝送線路の厚さをTとしている。
3次元の電磁界シミュレータを用いて、結合伝送線路の断面構造パラメータW、Sを媒介変数として、周期構造結合伝送線路の偶モードアドミッタンスY´ oeと奇モードアドミッタンスY´ ooを算出する。また、線路幅Wのマイクロストリップ線路の特性アドミ
タンスYを算出する。さらに、式(2)より不平衡端子P1から見たバラントランスの入力アドミタンスYinを計算して、不平衡端子P1に接続される負荷Yに複素共役整合するように回路寸法、電気長θ、容量C、Cの値を決定する。
以下が本実施例で用いた設計結果である。
´ oo=49.2[mS]
´ oe=1.0[mS]
=10.0[mS]
W=30[μm]
S=5[μm]
θ=6[deg]
FIG. 10 shows a cross-sectional structure of a side-coupled transmission line provided on the upper surface portion of the silicon substrate. The line width of the transmission lines 11, 12, 13 is W, and the distance between two adjacent transmission lines is S. These are provided on the dielectric 302 (oxide film) formed on the upper surface of the dielectric 301 (semiconductor substrate). It has been. Note that the thickness of the transmission line is T.
Using a three-dimensional electromagnetic field simulator, even mode admittance Y oe and odd mode admittance Y oo of the periodic structure coupled transmission line are calculated using the sectional structure parameters W and S of the coupled transmission line as parameters. Moreover, to calculate the characteristic admittance Y O of the microstrip line of the line width W. Further, the input admittance Y in of the balun transformer viewed from the unbalanced terminal P1 is calculated from the equation (2), and the circuit dimensions and the electrical length θ are calculated so as to perform complex conjugate matching with the load Y S connected to the unbalanced terminal P1. The values of the capacitors C 1 and C 2 are determined.
The following are the design results used in this example.
Y 'oo = 49.2 [mS]
Y oe = 1.0 [mS]
Y 2 O = 10.0 [mS]
W = 30 [μm]
S = 5 [μm]
θ = 6 [deg]

この設計結果を用いて実際に試作した測定結果と等価回路シミュレーション結果を図11〜13に示す。
この結果から、測定結果と等価回路シミュレーション結果がよく一致しており、設計中心周波数(2.0GHz)近傍で、不平衡端子の電圧反射特性が−20dB以下、不平衡端子から平衡端子への電圧伝達特性が逆相・同振幅であり、良好なバラントランス特性が確保できる事がわかる。したがって、式(2)の設計方程式の有効性が示された。
なおここで、S11は不平衡端子P1の電圧反射特性、S21は不平衡端子P1から平衡端子P2への電圧伝達特性、S31は不平衡端子P1から平衡端子P3への電圧伝達特性である。
Measurement results actually produced using this design result and equivalent circuit simulation results are shown in FIGS.
From this result, the measurement result and the equivalent circuit simulation result are in good agreement, the voltage reflection characteristic of the unbalanced terminal is −20 dB or less near the design center frequency (2.0 GHz), and the voltage from the unbalanced terminal to the balanced terminal It can be seen that the transfer characteristics are of opposite phase and the same amplitude, and good balun transformer characteristics can be secured. Therefore, the effectiveness of the design equation (2) was shown.
Note here, S 11 is the voltage reflection characteristics of the unbalanced terminal P1, S 21 the voltage transfer characteristics of the balanced terminals P2 from the unbalanced terminal P1, S 31 is the voltage transfer characteristic of the balanced terminal P3 from the unbalanced terminal P1 is there.

実施の形態2.
本発明の実施の形態2のバラントランス1000について説明する。図14は、実施の形態2におけるバラントランス1000の回路構造図である。
バラントランス1000は、入力された不平衡信号を、位相が180度異なる平衡信号に変換する電気回路であり、かつ、不平衡端子と平衡端子のインピーダンスを変換する電気回路である。
バラントランス1000は、アドミタンスがYである不平衡端子P1、アドミタンスがYである平衡端子P2、P3、第1から第N(Nは奇数、N≧3)の伝送線路11、12、・・・、1Nを備える。伝送線路11、12、・・・、1Nは線路幅がW、それらの線路が間隔Sで(左右、または、上下に)周期的に配置され、隣接する線路どうしが互いに電磁気的に結合した結合伝送線路211を構成する。第1、3、・・・、Nの伝送線路、即ち奇数番目の伝送線路11、13、・・・、1Nの両端は端子1、2で互いに接続し、第2、4、・・・、(N−1)の伝送線路、即ち偶数番目の伝送線路12、14、・・・、1(N−1)の両端は端子3、4で互いに接続されている。伝送線路の本数Nを増やすことにより、挿入損失を小さくすることができる。また、最適なインピーダンス変換を行うことができる。
Embodiment 2. FIG.
A balun transformer 1000 according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a circuit structure diagram of the balun transformer 1000 according to the second embodiment.
The balun transformer 1000 is an electric circuit that converts an input unbalanced signal into a balanced signal that is 180 degrees out of phase, and is an electric circuit that converts the impedance of the unbalanced terminal and the balanced terminal.
Balun transformer 1000, admittance Y is S unbalanced terminal P1, admittance Y L a is balanced terminals P2, P3, (the N odd, N ≧ 3) Nos. 1 through N transmission line 11, 12, & -1N is provided. Transmission lines 11, 12,..., 1N have a line width of W, and these lines are periodically arranged at intervals S (left and right or up and down), and adjacent lines are electromagnetically coupled to each other. A transmission line 211 is configured. , 1N, that is, odd-numbered transmission lines 11, 13,..., 1N are connected to each other at terminals 1 and 2, and second, 4,. The transmission line of (N-1), that is, the even-numbered transmission lines 12, 14,..., 1 (N-1) are connected to each other by terminals 3 and 4. Insertion loss can be reduced by increasing the number N of transmission lines. Also, optimum impedance conversion can be performed.

図14は端子3、4が右側部位置に設けられているバラントランスであるが、端子3、4は用途に合わせて任意の位置に設けてもよい。端子1は第1の負荷である不平衡端子P1に接続され、端子2はグランドに短絡されている。端子3と端子4はそれぞれ第2と第3の負荷である平衡端子P2とP3に接続されている。不平衡端子P1に並列に容量C1、平衡端子P2とP3との間に容量C2が接続されている。なお、この容量Cと容量Cは接続しなくてもよく、接続しない場合はC=0またはC=0に対応する。伝送線路11、12、・・・、1Nの線路長(電気長)は、設計周波数fに対して2θ≦1[rad]である。なお、図14のバラントランス1000は八角形であるが、バラントランス1000の形は、どのような多角形でも、円形でも、直線でもよい。 Although FIG. 14 shows a balun transformer in which the terminals 3 and 4 are provided at the right side position, the terminals 3 and 4 may be provided at any position according to the application. The terminal 1 is connected to the unbalanced terminal P1, which is the first load, and the terminal 2 is short-circuited to the ground. Terminals 3 and 4 are connected to balanced terminals P2 and P3, which are second and third loads, respectively. A capacitor C1 is connected in parallel to the unbalanced terminal P1, and a capacitor C2 is connected between the balanced terminals P2 and P3. Note that the capacitor C 1 and the capacitor C 2 do not have to be connected, and when not connected, C 1 = 0 or C 2 = 0. Transmission lines 11, 12, ..., the line length of 1N (electrical length) is 2θ ≦ 1 [rad] with respect to the design frequency f 0. 14 is an octagonal shape, the shape of the balun transformer 1000 may be any polygon, circle, or straight line.

図15は実施の形態2におけるバラントランス1000の等価回路図である。図14に示す結合伝送線路211部分は偶モード特性アドミタンスがY´ oe、奇モード特性アド
ミタンスがY´ oo、線路長がθの結合伝送線路51および52、特性アドミタンスがY、線路長がθの伝送線路31および32、インピーダンス変成比が1:√{(N−1)/2}のインピーダンス変換器61〜68を用いて表すことができる。ここで、Y´ oeおよびY´ ooは、線路幅W、線路間隔Sで周期的に配置され、隣接する線路間で互いに電磁的に結合する周期構造結合伝送線路の偶モード特性アドミタンスおよび奇モード特性アドミタンスである。また、Yは、線路幅Wのマイクロストリップ線路の特性アドミタンスである。
等価回路より、端子1からバラントランス側を見込む入力アドミタンスYinは次式(16)で表すことができる。
FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of the balun transformer 1000 according to the second embodiment. The coupled transmission line 211 shown in FIG. 14 has coupled transmission lines 51 and 52 whose even mode characteristic admittance is Y oe , odd mode characteristic admittance is Y oo , the line length is θ, the characteristic admittance is Y O , and the line length is θ. Transmission lines 31 and 32, and impedance transformers 61 to 68 having an impedance transformation ratio of 1: √ {(N−1) / 2}. Here, Y oe and Y oo are even-mode characteristic admittance and odd mode of a periodically coupled transmission line that is periodically arranged with a line width W and a line interval S and electromagnetically couples between adjacent lines. It is characteristic admittance. Y O is the characteristic admittance of a microstrip line having a line width W.
From the equivalent circuit, the input admittance Y in looking into the balun transformer side from the terminal 1 can be expressed by the following equation (16).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

一方,端子1から不平衡端子P1側を見込む負荷アドミタンスY´ は、設計周波数fでYinに複素共役整合するように選ばれる。すなわち、Y´ は次式(17)で表すことができる。 On the other hand, the load admittance Y S that expects the unbalanced terminal P1 side from the terminal 1 is selected so as to be complex conjugate matched to Y in at the design frequency f 0 . That is, Y S can be expressed by the following equation (17).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

図15の等価回路に用いられる回路エレメントは一般的な市販回路シミュレータに備えられているため、本発明の実施の形態2は、回路シミュレータで計算できることを特徴としている。   Since the circuit element used in the equivalent circuit of FIG. 15 is provided in a general commercially available circuit simulator, the second embodiment of the present invention is characterized in that it can be calculated by the circuit simulator.

実施の形態2における設計方程式の導出については、実施の形態1の場合と同様に導出することが可能である。   The design equations in the second embodiment can be derived in the same manner as in the first embodiment.

実施の形態3.
まず、本発明の実施の形態3のバラントランス1000について説明する。図16は、実施の形態3におけるバラントランス1000の回路構造図である。
バラントランス1000は、入力された不平衡信号を、位相が180度異なる平衡信号に変換する電気回路であり、かつ、不平衡端子と平衡端子のインピーダンスを変換する電気回路である。
バラントランス1000は、アドミタンスがYである不平衡端子P1、アドミタンスがYである平衡端子P2、P3、第1から第N(Nは偶数、N≧4)の伝送線路11、12、・・・、1Nを備える。伝送線路11、12、・・・、1Nは線路幅がW、それら
の線路が間隔Sで(左右、または、上下に)周期的に配置され、隣接する線路どうしが互いに電磁気的に結合した結合伝送線路311を構成する。第1、3、・・・、N−1の伝送線路、即ち奇数番目の伝送線路11、13、・・・、1(N−1)の両端は端子1、2で互いに接続し、第2、4、・・・、Nの伝送線路、即ち偶数番目の伝送線路12、14、・・・、1Nの両端は端子3、4で互いに接続されている。伝送線路の本数Nを増やすことにより,挿入損失を小さくすることができる。また,最適なインピーダンス変換を行うことができる。
Embodiment 3 FIG.
First, the balun transformer 1000 according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a circuit structure diagram of the balun transformer 1000 according to the third embodiment.
The balun transformer 1000 is an electric circuit that converts an input unbalanced signal into a balanced signal that is 180 degrees out of phase, and is an electric circuit that converts the impedance of the unbalanced terminal and the balanced terminal.
Balun transformer 1000, admittance Y is S unbalanced terminal P1, admittance Y S a is balanced terminals P2, P3, (the N an even number, N ≧ 4) the N from the first transmission line 11, 12, & -1N is provided. Transmission lines 11, 12,..., 1N have a line width of W, and these lines are periodically arranged at intervals S (left and right or up and down), and adjacent lines are electromagnetically coupled to each other. A transmission line 311 is configured. The first, third,..., N-1 transmission lines, that is, odd-numbered transmission lines 11, 13,. , N, that is, the even-numbered transmission lines 12, 14,..., 1N are connected to each other at terminals 3 and 4, respectively. Insertion loss can be reduced by increasing the number N of transmission lines. In addition, optimum impedance conversion can be performed.

図16は端子3、4が右側部位置に設けられているバラントランスであるが、端子3、4は用途に合わせて任意の位置に設けてもよい。端子1は第1の負荷である不平衡端子P1に接続され、端子2はグランドに短絡されている。端子3と端子4はそれぞれ第2と第3の負荷である平衡端子P2とP3に接続されている。不平衡端子P1に並列に容量C、平衡端子P2とP3との間に容量Cが接続されている。なお、この容量Cと容量Cは接続しなくてもよく、接続しない場合はC=0またはC=0に対応する。伝送線路11、12、・・・、1Nの線路長(電気長)は、設計周波数fに対して2θ≦1[rad]である。なお、図16のバラントランス1000は八角形であるが、バラントランス1000の形は、どのような多角形でも、円形でも、直線でもよい。 Although FIG. 16 shows a balun transformer in which the terminals 3 and 4 are provided at the right side position, the terminals 3 and 4 may be provided at any position according to the application. The terminal 1 is connected to the unbalanced terminal P1, which is the first load, and the terminal 2 is short-circuited to the ground. Terminals 3 and 4 are connected to balanced terminals P2 and P3, which are second and third loads, respectively. A capacitor C 1 is connected in parallel to the unbalanced terminal P1, and a capacitor C 2 is connected between the balanced terminals P2 and P3. Note that the capacitor C 1 and the capacitor C 2 do not have to be connected, and when not connected, C 1 = 0 or C 2 = 0. Transmission lines 11, 12, ..., the line length of 1N (electrical length) is 2θ ≦ 1 [rad] with respect to the design frequency f 0. 16 is an octagonal shape, the shape of the balun transformer 1000 may be any polygon, circle, or straight line.

図17は実施の形態1におけるバラントランス1000の等価回路図である。図16に
示す結合伝送線路311部分は偶モード特性アドミタンスがY´ oe、奇モード特性アドミタンスがY´ oo、線路長がθの結合伝送線路51および52、特性アドミタンスがY、線路長がθの伝送線路31〜34、インピーダンス変成比が1:√{(N−1)/2}のインピーダンス変換器61〜68、1:1/√2のインピーダンス変換器71〜78を用いて表すことができる。ここで、Y´ oeおよびY´ ooは、線路幅W、線路間隔Sで周期的に配置され、隣接する線路間で互いに電磁的に結合する周期構造結合伝送線路の偶モード特性アドミタンスおよび奇モード特性アドミタンスである。また、Yは、線路幅Wのマイクロストリップ線路の特性アドミタンスである。
等価回路より、端子1からバラントランス側を見込む入力アドミタンスYinは次式(18)で表すことができる。
FIG. 17 is an equivalent circuit diagram of the balun transformer 1000 according to the first embodiment. The coupled transmission line 311 shown in FIG. 16 has coupled transmission lines 51 and 52 whose even mode characteristic admittance is Y oe , odd mode characteristic admittance is Y oo , the line length is θ, the characteristic admittance is Y O , and the line length is θ. Transmission lines 31 to 34, impedance transformers 61 to 68 having an impedance transformation ratio of 1: √ {(N−1) / 2}, and impedance converters 71 to 78 having a ratio of 1: 1 / √2. it can. Here, Y oe and Y oo are even-mode characteristic admittance and odd mode of a periodically coupled transmission line that is periodically arranged with a line width W and a line interval S and electromagnetically couples between adjacent lines. It is characteristic admittance. Y O is the characteristic admittance of a microstrip line having a line width W.
From the equivalent circuit, the input admittance Y in looking into the balun transformer side from the terminal 1 can be expressed by the following equation (18).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

一方、端子1から不平衡端子P1側を見込む負荷アドミタンスY´ は,設計周波数fでYinに複素共役整合するように選ばれる。すなわち、Y´ は次式(19)で表すことができる。 On the other hand, the load admittance Y S that expects the unbalanced terminal P1 side from the terminal 1 is selected so as to be complex conjugate matched to Y in at the design frequency f 0 . That is, Y S can be expressed by the following equation (19).

Figure 0006589208
Figure 0006589208

図17の等価回路に用いられる回路エレメントは一般的な市販回路シミュレータに備えられているため、本発明の実施の形態3は、回路シミュレータで計算できることを特徴としている。   Since the circuit element used for the equivalent circuit of FIG. 17 is provided in a general commercially available circuit simulator, the third embodiment of the present invention is characterized in that it can be calculated by the circuit simulator.

実施の形態3における設計方程式の導出については、実施の形態1の場合と同様に導出することが可能である。   The derivation of the design equation in the third embodiment can be derived in the same manner as in the first embodiment.

実施の形態4.
本発明の実施形態4のバラントランス1000について説明する。図18は、実施の形態4におけるバラントランス1000の概略構成を示す回路構造図である。
バラントランス1000は、実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3におけるバラントランス1000の端子3、4に接続した伝送線路の中点に、2次高調波を注入もしくは抽出する注入抽出用端子P4が設けられていることを特徴とするバラントランスである。
図18は、実施の形態3におけるバラントランス1000に本実施の形態を適用したものであるが、実施の形態1または実施の形態2におけるバラントランスにも同様に適用し得る。
Embodiment 4 FIG.
A balun transformer 1000 according to Embodiment 4 of the present invention will be described. FIG. 18 is a circuit structure diagram showing a schematic configuration of the balun transformer 1000 according to the fourth embodiment.
The balun transformer 1000 is an injection extraction that injects or extracts the second harmonic into the midpoint of the transmission line connected to the terminals 3 and 4 of the balun transformer 1000 in the first embodiment, the second embodiment, or the third embodiment. The balun transformer is characterized in that a terminal P4 is provided.
FIG. 18 shows a case where the present embodiment is applied to the balun transformer 1000 according to the third embodiment. However, the present embodiment can be similarly applied to the balun transformer according to the first or second embodiment.

実施の形態5.
本発明の実施の形態5における電力増幅器について説明する。図19は、実施の形態5における電力増幅器2000が本発明に係るバラントランスを用いて構成された電力増幅器の概略構成を示す回路構造図である。
電力増幅器2000は、実施の形態4におけるバラントランスと、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、実施の形態4におけるバラントランスの内の1つを用いて組合せ、平衡端子間に増幅素子A1を装荷した電力増幅器であり、基本波端子から基本波を入力し、2次高調波端子は反射処理、または、2次高調波注入抽出を施した高効率・低歪み電力増幅器である。
図19は、実施の形態1におけるバラントランス1000に実施の形態4を適用したバラントランスと、実施の形態2におけるバラントランス1000とを用いて構成した実施の形態であるが、他の実施の形態におけるバラントランスを適宜組み合わせることもできる。
2次高調波端子は、基本波端子とアイソレーションが取れているため、基本波の整合を変化させること無く、2次高調波を反射処理、または、注入抽出することが可能である。
従って、2次高調波の反射処理、または、注入抽出により電力増幅器の高効率化、低歪み化を可能とする。
Embodiment 5 FIG.
A power amplifier according to Embodiment 5 of the present invention will be described. FIG. 19 is a circuit structure diagram showing a schematic configuration of a power amplifier in which the power amplifier 2000 according to the fifth embodiment is configured using the balun transformer according to the present invention.
The power amplifier 2000 is combined using the balun transformer in the fourth embodiment and one of the balun transformers in the first, second, third, and fourth embodiments, and between balanced terminals. A power amplifier loaded with the amplifying element A1, which is a high-efficiency, low-distortion power amplifier that receives a fundamental wave from a fundamental wave terminal and performs a reflection process or a second harmonic injection extraction on a second harmonic terminal. .
FIG. 19 shows an embodiment configured by using the balun transformer in which the fourth embodiment is applied to the balun transformer 1000 in the first embodiment and the balun transformer 1000 in the second embodiment. The balun transformer in can also be combined as appropriate.
Since the second harmonic terminal is isolated from the fundamental wave terminal, the second harmonic can be reflected or extracted by injection without changing the matching of the fundamental wave.
Therefore, it is possible to increase the efficiency and reduce the distortion of the power amplifier by the second harmonic reflection processing or injection extraction.

実施の形態6.
本発明のバラントランスを用いた本発明の実施の形態6における電力増幅器について説明する。図20は、実施の形態6における電力増幅器3000が本発明に係るバラントラ
ンスを用いて構成された電力増幅器の場合の概略構成を示す回路構造図である。
電力増幅器3000は、実施の形態4におけるバラントランスを2つ用いて、平衡端子間に増幅素子A1を装荷した電力増幅器であり、基本波端子から基本波を入力し、2次高調波端子は端子間に2次高調波振幅・位相調整回路APAを装荷した、2次高調波フィードバック高効率・低歪み電力増幅器である。
図20は、実施の形態1におけるバラントランス1000に実施の形態4を適用したバラントランスと、実施の形態2におけるバラントランス1000に実施の形態4を適用したバラントランスとを用いて構成した実施の形態であるが、他の実施の形態に実施の形態4を適用したバラントランスを適宜組み合わせることもできる。
2次高調波端子は、基本波端子とアイソレーションが取れているため、基本波の整合を変化させること無く、2次高調波をフィードバックすることが可能である。従って、2次高調波フィードバックにより電力増幅器の高効率化、低歪み化を可能とする。
Embodiment 6 FIG.
A power amplifier according to Embodiment 6 of the present invention using the balun transformer of the present invention will be described. FIG. 20 is a circuit structure diagram showing a schematic configuration in the case where the power amplifier 3000 according to the sixth embodiment is a power amplifier configured using the balun transformer according to the present invention.
The power amplifier 3000 is a power amplifier in which the two balun transformers in the fourth embodiment are used and the amplification element A1 is loaded between the balanced terminals. The fundamental wave is input from the fundamental wave terminal, and the secondary harmonic terminal is the terminal. A second harmonic feedback high-efficiency / low distortion power amplifier with a second harmonic amplitude / phase adjustment circuit APA loaded in between.
FIG. 20 shows an embodiment configured by using a balun transformer in which the fourth embodiment is applied to the balun transformer 1000 in the first embodiment and a balun transformer in which the fourth embodiment is applied to the balun transformer 1000 in the second embodiment. Although it is a form, the balun transformer which applied Embodiment 4 to other Embodiment can also be combined suitably.
Since the second harmonic terminal is isolated from the fundamental wave terminal, the second harmonic can be fed back without changing the matching of the fundamental wave. Therefore, the efficiency of the power amplifier and the distortion can be reduced by the second harmonic feedback.

本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。   The present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, or can be appropriately modified or omitted.

1〜4 端子、1a〜6a,1b〜4b,1c〜8c,X,Y ノード P1 不平衡端子、P2 平衡端子、P3 平衡端子、P4 注入抽出用端子、11〜1N,31,32,41〜44 伝送線路、51,52,80,81,111,211,311 結合伝送線路、61〜68,71〜78 インピーダンス変換器、91a マイクロストリップ線路、91b〜9(N−1)b 周期構造結合伝送線路、Y,Y,Y2S アドミタンス、C,C,C3,C4,C5 容量、A1 増幅素子、APA 2次高調波振幅・位
相調整回路、1000 バラントランス、2000,3000 電力増幅器
1 to 4 terminals, 1a to 6a, 1b to 4b, 1c to 8c, X, Y node P1 unbalanced terminal, P2 balanced terminal, P3 balanced terminal, P4 injection extraction terminal, 11 to 1N, 31, 32, 41 to 44 transmission line, 51, 52, 80, 81, 111, 211, 311 coupled transmission line, 61-68, 71-78 impedance converter, 91a microstrip line, 91b-9 (N-1) b periodic structure coupled transmission Line, Y S , Y L , Y 2S admittance, C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 capacitance, A1 amplifying element, APA second harmonic amplitude / phase adjustment circuit, 1000 balun transformer, 2000, 3000 Power amplifier

Claims (6)

伝送信号の基本波周波数fに対して2θ≦1[rad]の電気長を有する結合伝送線路を有して構成されるバラントランスであって、
前記結合伝送線路は、N本(Nは3以上の奇数)の伝送線路で構成され、隣り合う伝送線路が互いに電磁的に結合するように配置されており、
前記結合伝送線路は、第1の端子および第2の端子並びに第3の端子および第4の端子を有し、前記第1の端子と前記第2の端子間が第2、4、・・・、N−1番目の伝送線路で接続されており、前記第3の端子と前記第4の端子間が第1、3、・・・、N番目の伝送線路で接続されており、
前記第1の端子はアドミタンスYの第1の負荷P1に接続され、前記第2の端子はグランドに短絡されており、
前記第3の端子、前記第4の端子はそれぞれ、アドミタンスYの第2の負荷P2および第3の負荷P3に接続され、第2の負荷P2、第3の負荷P3は平衡端子をなしており、前記第1の端子と前記第2の端子の端子間に容量Cが接続され、前記第3の端子と前記第4の端子の端子間に容量Cが接続されており、
前記結合伝送線路を構成する伝送線路が、隣接する線路間で互いに電磁的に結合する周期構造結合伝送線路を構成する場合の偶モード特性アドミタンスをY´ oeとし、奇モード特性アドミタンスをY´ ooとし、
前記結合伝送線路を構成する伝送線路が、隣接する線路どうしが互いに電磁的に結合しないように構成されるマイクロストリップ線路の場合の特性アドミタンスをYとし、
前記偶モード特性アドミタンスY´ oe、前記奇モード特性アドミタンスY´ oo、前記特性アドミタンスY、電気長θ、容量Cおよび容量Cの各値が、前記アドミタンスYおよび前記アドミタンスYとの間に以下の関係式を満足するように選ばれていることを特徴とするバラントランス。
Figure 0006589208
A balun transformer configured to include a coupled transmission line having an electrical length of 2θ ≦ 1 [rad] with respect to a fundamental frequency f 0 of a transmission signal,
The coupled transmission line is composed of N transmission lines (N is an odd number of 3 or more), and adjacent transmission lines are arranged to be electromagnetically coupled to each other,
The coupled transmission line has a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal, and the second terminal, the second terminal, and the like are between the first terminal and the second terminal. , N-1 transmission line, and the third terminal and the fourth terminal are connected by the first, third,..., Nth transmission line,
It said first terminal being connected to a first load P1 of admittance Y S, the second terminal being shorted to ground,
The third terminal, wherein each fourth terminal is connected to the admittance Y second load L P2 and third load P3, second load P2, the third load P3 form a balanced terminal cage, the capacitor C 1 is connected to the first terminal between the terminals of the second terminal, the capacitance C 2 is connected between the terminals of the third terminal and the fourth terminal,
Transmission line constituting the coupled transmission line is, the even mode characteristic admittance when the periodic structure is coupled transmission line electromagnetically coupled to each other between adjacent lines 'and oe, the odd mode characteristic admittance Y' Y oo age,
Transmission line constituting the coupled transmission line has a characteristic admittance of the case of the microstrip line adapted to each other adjacent lines are not electromagnetically coupled to each other and Y O,
The values of the even mode characteristic admittance Y oe , the odd mode characteristic admittance Y oo , the characteristic admittance Y O , the electrical length θ, the capacitance C 1 and the capacitance C 2 are the admittance Y L and the admittance Y S. Is selected so as to satisfy the following relational expression:
Figure 0006589208
伝送信号の基本波周波数fに対して2θ≦1[rad]の電気長を有する結合伝送線路を有して構成されるバラントランスであって、
前記結合伝送線路は、N本(Nは3以上の奇数)の伝送線路で構成され、隣り合う伝送線路が互いに電磁的に結合するように配置されており、
前記結合伝送線路は、第1の端子および第2の端子並びに第3の端子および第4の端子を有し、前記第1の端子と前記第2の端子間が第1、3、・・・、N番目の伝送線路で接続されており、前記第3の端子と前記第4の端子間が第2、4、・・・、N−1番目の伝送線路で接続されており、
前記第1の端子はアドミタンスYの第1の負荷P1に接続され、前記第2の端子はグランドに短絡されており、
前記第3の端子、前記第4の端子はそれぞれ、アドミタンスYの第2の負荷P2および第3の負荷P3に接続され、第2の負荷P2、第3の負荷P3は平衡端子をなしており、前記第1の端子と前記第2の端子の端子間に容量Cが接続され、前記第3の端子と前記第4の端子の端子間に容量Cが接続されており、
前記結合伝送線路を構成する伝送線路が、隣接する線路間で互いに電磁的に結合する周期構造結合伝送線路を構成する場合の偶モード特性アドミタンスをY´ oeとし、奇モード特性アドミタンスをY´ ooとし、
前記結合伝送線路を構成する伝送線路が、隣接する線路どうしが互いに電磁的に結合しないように構成されるマイクロストリップ線路の場合の特性アドミタンスをYとし、
前記偶モード特性アドミタンスY´ oe、前記奇モード特性アドミタンスY´ oo、前記特性アドミタンスY、電気長θ、容量Cおよび容量Cの各値が、前記アドミタンスYおよび前記アドミタンスYとの間に以下の関係式を満足するように選ばれていることを特徴とするバラントランス。
Figure 0006589208
A balun transformer configured to include a coupled transmission line having an electrical length of 2θ ≦ 1 [rad] with respect to a fundamental frequency f 0 of a transmission signal,
The coupled transmission line is composed of N transmission lines (N is an odd number of 3 or more), and adjacent transmission lines are arranged to be electromagnetically coupled to each other,
The coupled transmission line has a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal, and the first terminal and the second terminal are first, third,... Are connected by an Nth transmission line, and the third terminal and the fourth terminal are connected by a second, fourth,..., N−1th transmission line,
It said first terminal being connected to a first load P1 of admittance Y S, the second terminal being shorted to ground,
The third terminal, wherein each fourth terminal is connected to the admittance Y second load L P2 and third load P3, second load P2, the third load P3 form a balanced terminal cage, the capacitor C 1 is connected to the first terminal between the terminals of the second terminal, the capacitance C 2 is connected between the terminals of the third terminal and the fourth terminal,
Transmission line constituting the coupled transmission line is, the even mode characteristic admittance when the periodic structure is coupled transmission line electromagnetically coupled to each other between adjacent lines 'and oe, the odd mode characteristic admittance Y' Y oo age,
Transmission line constituting the coupled transmission line has a characteristic admittance of the case of the microstrip line adapted to each other adjacent lines are not electromagnetically coupled to each other and Y O,
The values of the even mode characteristic admittance Y oe , the odd mode characteristic admittance Y oo , the characteristic admittance Y O , the electrical length θ, the capacitance C 1 and the capacitance C 2 are the admittance Y L and the admittance Y S. Is selected so as to satisfy the following relational expression:
Figure 0006589208
伝送信号の基本波周波数fに対して2θ≦1[rad]の電気長を有する結合伝送線路を有して構成されるバラントランスであって、
前記結合伝送線路は、N本(Nは4以上の偶数)の伝送線路で構成され、隣り合う伝送線路が互いに電磁的に結合するように配置されており、
前記結合伝送線路は、第1の端子および第2の端子並びに第3の端子および第4の端子を有し、前記第1の端子と前記第2の端子間が第1、3、・・・、N−1番目の伝送線路で接続されており、前記第3の端子と前記第4の端子間が第2、4、・・・、N番目の伝送線路で接続されており、
前記第1の端子はアドミタンスYの第1の負荷P1に接続され、前記第2の端子はグランドに短絡されており、
前記第3の端子、前記第4の端子はそれぞれ、アドミタンスYの第2の負荷P2および第3の負荷P3に接続され、第2の負荷P2、第3の負荷P3は平衡端子をなしており、前記第1の端子と前記第2の端子の端子間に容量Cが接続され、前記第3の端子と前記第4の端子の端子間に容量Cが接続されており、
前記結合伝送線路を構成する伝送線路が、隣接する線路間で互いに電磁的に結合する周期構造結合伝送線路を構成する場合の偶モード特性アドミタンスをY´ oeとし、奇モード特性アドミタンスをY´ ooとし、
前記結合伝送線路を構成する伝送線路が、隣接する線路どうしが互いに電磁的に結合しな
いように構成されるマイクロストリップ線路の場合の特性アドミタンスをYとし、
前記偶モード特性アドミタンスY´ oe、前記奇モード特性アドミタンスY´ oo、電気長θ、容量Cおよび容量Cの各値が、前記アドミタンスYおよび前記アドミタンスYとの間に以下の関係式を満足するように選ばれていることを特徴とするバラントランス。
Figure 0006589208
A balun transformer configured to include a coupled transmission line having an electrical length of 2θ ≦ 1 [rad] with respect to a fundamental frequency f 0 of a transmission signal,
The coupled transmission line is composed of N transmission lines (N is an even number of 4 or more), and adjacent transmission lines are arranged to be electromagnetically coupled to each other,
The coupled transmission line has a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal, and the first terminal and the second terminal are first, third,... , The N-1th transmission line, and the third terminal and the fourth terminal are connected by the second, fourth,..., Nth transmission line,
It said first terminal being connected to a first load P1 of admittance Y S, the second terminal being shorted to ground,
The third terminal, wherein each fourth terminal is connected to the admittance Y second load L P2 and third load P3, second load P2, the third load P3 form a balanced terminal cage, the capacitor C 1 is connected to the first terminal between the terminals of the second terminal, the capacitance C 2 is connected between the terminals of the third terminal and the fourth terminal,
Transmission line constituting the coupled transmission line is, the even mode characteristic admittance when the periodic structure is coupled transmission line electromagnetically coupled to each other between adjacent lines 'and oe, the odd mode characteristic admittance Y' Y oo age,
Transmission line constituting the coupled transmission line has a characteristic admittance of the case of the microstrip line adapted to each other adjacent lines are not electromagnetically coupled to each other and Y O,
The even mode characteristic admittance Y oe , the odd mode characteristic admittance Y oo , the electrical length θ, the capacitance C 1, and the capacitance C 2 have the following relationship between the admittance Y L and the admittance Y S : A balun transformer characterized by being selected to satisfy the formula.
Figure 0006589208
前記第3の端子と前記第4の端子間を接続する伝送線路の中点に、2次高調波を注入もしくは抽出する注入抽出用端子が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載のバラントランス。   The injection extraction terminal for injecting or extracting the second harmonic is provided at the midpoint of the transmission line connecting the third terminal and the fourth terminal. Item 4. The balun transformer according to any one of Items 3. 請求項4に記載のバラントランスと請求項1から請求項4の何れか一項に記載のバラントランスを有し、平衡端子間に増幅素子が設けられており、2次高調波を注入もしくは抽出する注入抽出用端子に2次高調波反射処理、または、2次高調波注入を施して電力増幅を行うことを特徴とする電力増幅器。   A balun transformer according to claim 4 and a balun transformer according to any one of claims 1 to 4, wherein an amplifying element is provided between balanced terminals, and second harmonics are injected or extracted. A power amplifier for performing power amplification by applying a second harmonic reflection process or a second harmonic injection to an injection extraction terminal. 請求項4に記載のバラントランスを2つ有し、平衡端子間に増幅素子が設けられており、2次高調波を注入もしくは抽出する注入抽出用端子間に2次高調波の振幅・位相調整回路を装荷して電力増幅を行うことを特徴とする電力増幅器。
5. Two balun transformers according to claim 4, wherein an amplifying element is provided between the balanced terminals, and the amplitude and phase of the second harmonic are adjusted between the injection and extraction terminals for injecting or extracting the second harmonic. A power amplifier characterized by loading a circuit and performing power amplification.
JP2016133035A 2016-07-05 2016-07-05 Balun transformer and power amplifier using the same Active JP6589208B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016133035A JP6589208B2 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Balun transformer and power amplifier using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016133035A JP6589208B2 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Balun transformer and power amplifier using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018007087A JP2018007087A (en) 2018-01-11
JP6589208B2 true JP6589208B2 (en) 2019-10-16

Family

ID=60950003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016133035A Active JP6589208B2 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Balun transformer and power amplifier using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6589208B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6736024B2 (en) * 2016-12-16 2020-08-05 株式会社Wave Technology Doherty amplifier
US12199585B2 (en) * 2020-12-10 2025-01-14 Skyworks Solutions, Inc. Baluns with integrated matching networks
WO2025041592A1 (en) * 2023-08-22 2025-02-27 株式会社村田製作所 Balun and front end circuit
WO2025047710A1 (en) * 2023-08-31 2025-03-06 株式会社村田製作所 Balun and front end circuit

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI314329B (en) * 2006-08-16 2009-09-01 Realtek Semiconductor Corp On-chip transformer balun
JP4674590B2 (en) * 2007-02-15 2011-04-20 ソニー株式会社 Balun transformer, balun transformer mounting structure, and electronic device incorporating the mounting structure
KR101214722B1 (en) * 2011-11-22 2012-12-21 삼성전기주식회사 Transformer and method for manufacturing thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018007087A (en) 2018-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8400232B2 (en) Figure 8 balun
JP6589208B2 (en) Balun transformer and power amplifier using the same
EP2899803B1 (en) Circuit comprising balun and impedance transforming elements
CN102290627B (en) Broadband low-loss passive balun on chip having laminated winding structure
JP2015226325A (en) Broadband high frequency, microwave or millimeter wave mixer system
US9666929B2 (en) Balun for converting between multiple differential signal pairs and a single ended signal
CN110233599A (en) E-Band microwave F power-like amplifier based on CMOS
Johansen et al. Analysis and design of lumped element Marchand baluns
JP6497564B2 (en) Balun transformer and electronic equipment using the same
TW201505251A (en) Balun transformer
CN202217771U (en) A Broadband Low Loss On-Chip Passive Balun with Stacked Serpentine Structure
TWI513184B (en) Balanced to unbalanced converter
CN102377404B (en) Variable impedance matching circuit
Chakrabarti et al. Multi‐output stacked class‐E millimetre‐wave power amplifiers in 45 nm silicon‐on‐insulator metal–oxide–semiconductor: theory and implementation
Yang et al. Compact and high-performance low-temperature co-fired ceramic balun filter using the hybrid resonator and symmetric four-port network
TWI361513B (en) Compact single-to-balanced bandpass filter
Hou et al. A class of quadrature couplers based on transformer
KR20140058742A (en) Wide band sum & difference circuit for monolithic microwave integrated circuit
CN110380689A (en) A kind of side couples passive balun on the silicon chip of serpentine structure
Michaelsen et al. Analysis and design of complex impedance transforming marchand baluns
KR101559721B1 (en) Wideband microwave balun with high isolation properties
Niknejad et al. Integrated circuit transmission-line transformer power combiner for millimetre-wave applications
CN111193483B (en) Balun circuit structure and balun devices
US20180083590A1 (en) Power amplifying converter
US3500259A (en) Filter circuits using alternate openand short-circuited 3 db quadrature hybrids

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160707

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181023

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20181025

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190729

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190806

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190828

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6589208

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150