延時線巴倫基礎(chǔ)知識和應用

延時線巴倫基礎(chǔ)知識和應用延時線的基本原理及應用延時線的基本概念1常用延時線的分類2常用延時線的參數(shù)3常用延時線的應用4一、延時線的基本概念線性互易元件

常用的線性互易元件包括：匹配負載、衰減器、移相器、短路活塞、功分器、微波電橋、定向耦合器、阻抗變換器、濾波器和延時線等。時延概念------時延的定義時延是電磁波經(jīng)過待測件所經(jīng)歷的時間，英文為GroupDelay，簡稱Delay對于同軸線，時延有個簡單的定義，時延等于同軸線的長度除以同軸線中電磁波的速度，即（定義1）：

對于功放模塊，電磁波走過的路程無法計算，電磁波的速度不是恒定的，也無法計算，無法使用定義1。需要用到時延的標準定義，時延是相位對角速度的導數(shù)，即：（定義2）

一、延時線的基本概念

以實驗室的白色同軸線為例（35cm長1根，105cm長1根），有效介電常數(shù)2.1，所以同軸線中電磁波的速度為105cm長同軸線的時延為35cm長同軸線的時延為時延概念------時延的定義1的計算一、延時線的基本概念實測值與計算值嚴格一致。

同軸線的實測結(jié)果顯示：時延與頻率無關(guān)。時延概念------時延的定義1的實測一、延時線的基本概念35cm長同軸線的時延為實測的相位斜率分別為-1.80o/MHz與-0.61o/MHz，105cm長同軸線的時延為根據(jù)定義2的計算結(jié)果與實測嚴格一致時延概念------時延的定義2的計算一、延時線的基本概念時延正比于相位斜率；不同頻點處的相位斜率相等；相位斜率分別為-1.80o/MHz與-0.61o/MHz。時延概念------時延的定義2的實測一、延時線的基本概念二、常用延時線種類貼片延時線同軸線腔體延時濾波器可調(diào)延時器二、常用延時線種類同軸線常用同軸線纜SFF-50-2-2雙屏蔽線FLEXIFORM405FJ670-047半柔線纜備注實物照介質(zhì)材料PTFE(聚四氟乙烯)PTFE(聚四氟乙烯)PTFE(聚四氟乙烯)有效介電常數(shù)2.1時延4.7ns/m4.7ns/m4.7ns/m插損0.64dB/m0.72dB/m1.12dB/m1GHz信號最小靜態(tài)彎曲半徑20mm6mm4mm單次彎曲最小多次彎曲半徑40mm25mm20mm功率/210W43.7W常溫1GHz應用環(huán)境/前饋功放模擬預失真功放二、常用延時線種類貼片延時線的材料工藝1、材料工藝：PTFE和LTCC。2、電路設(shè)計：射頻帶狀線；3、多層PCB基片壓合疊成。

二、常用延時線種類貼片延時線的材料工藝對比PTFE（聚四氟乙烯和玻璃纖維）工藝LTCC（低溫燒制陶瓷）工藝優(yōu)點

1、熱膨脹系數(shù)與PCB比較接近；1、高溫穩(wěn)定性好、大功率導熱快；

2、韌性好、在硬力作用下不易折；

3、焊盤銅箔附著力強。

缺點

1、耐高溫不夠強；1、熱膨脹系數(shù)與PCB比較有偏差；

2、材質(zhì)較軟，邊角易變形。2、材質(zhì)硬而脆，易折斷。

3、焊盤銅箔附著力不夠強。工藝比較（PTFE

VS

LTCC工藝）

二、常用延時線種類采用國際先進射頻帶狀線仿真、設(shè)計技術(shù)并結(jié)合PTFE（聚四氟乙烯和玻璃纖維聚合物）低損耗射頻板材制作而成，具有插損小，VSWR小，隔離度高，幅度及相位平衡特性好，一致性好的性能優(yōu)勢。

延時線的耐熱性強，高溫環(huán)境下工作不會產(chǎn)生形變、分層、鼓起等可靠性隱患，同時，產(chǎn)品各種射頻指標如插入損耗、幅度平衡度、VSWR、相位等隨著溫度變化的漂移也很小。

產(chǎn)品表面采用鍍錫工藝處理，保證產(chǎn)品表面不易被劃傷，鍍錫工藝還能更好地防氧化，使產(chǎn)品的儲存期更長（可長達2年以上）。

貼片延時線的材料工藝三、常用延時線主要參數(shù)貼片延時線的材料工藝XDL09-8-080的參數(shù)：尺寸1x1英寸是一個窄帶的器件三、常用延時線主要參數(shù)貼片延時線的材料工藝SMT爐溫曲線三、常用延時線主要參數(shù)貼片延時線的材料工藝XDL09-8-080的參數(shù)：帶狀線形式，抗外部干擾能力強S型彎曲走線，感抗小介質(zhì)材料韌性好，不容易壓折3層信號面，4層地平面三、常用延時線主要參數(shù)貼片延時線的材料工藝XDL09-8-080的參數(shù)：1腳輸入2腳輸出；反之亦可貼片時正面朝上，只有正面有方向標志點、引腳1標志、引腳2標志1腳、2腳、3腳與4腳，任意兩腳間實測電阻為0Ω，表明3腳4腳與信號相連。所以3腳4腳焊盤必須為孤島，不能與地相連延時線下大面積鋪地，并焊接，保證良好的接地與散熱通過多個延時線的串聯(lián)可得到更長的時延，此時相鄰引腳須的距離應大于2mm三、常用延時線主要參數(shù)2nsDelayline三、常用延時線主要參數(shù)2x2nsDelayline三、常用延時線主要參數(shù)可調(diào)延時線主要參數(shù)：1910MHz~2010MHz時延可調(diào)節(jié)量0.5ns相位波動1°以內(nèi)插損2.3dB以內(nèi)回波-19dBOIP3為28dBm控制電壓（0V~9V）工作溫度-40°~85°1900MHz可調(diào)延時線三、常用延時線主要參數(shù)腔體延時濾波器FD-G8514-IS01延時濾波器項目名稱電氣指標頻率范圍（MHz）890～910910～975帶寬（MHz）2065回波損耗（dB）≥20（常溫）；≥17（高低溫）插入損耗（dB）≤0.60（常溫）；≤0.70（高低溫）≤0.40（常溫）；≤0.45（高低溫）帶內(nèi)波動（dB）≤0.15（常溫）；≤0.20（高低溫）≤0.10（常溫）；≤0.13（高低溫）相位波動（deg）≤1.5（常溫）；≤2.0（高低溫）≤1.0（常溫）；≤1.3（高低溫）中心頻率群時延（ns）/13.9±0.功率容量（W）常溫、常壓下，100（平均功率）；800（峰值功率）四、常用延時線的應用延時線在前饋功放中的應用FeedForward環(huán)路對消原理圖四、常用延時線的應用延時線在RF_AP功放中的應用四、常用延時線的應用時延定義1容易理解，適用于同軸線、微帶線等傳輸線。時延定義2是嚴格定義，實用于所有情況。網(wǎng)分測時延的原理過程：S21phase(S21)t=-d(phase(S21))/d(2*pi*f)

延時線在前饋功放中的應用四、常用延時線的應用延時線在前饋功放中的應用背景：前饋功放環(huán)路對消調(diào)試中，是通過改變同軸線纜的長短使得兩路的時延相等。相位是正斜率，則時延為負，電纜需加長定義中“-”在前饋調(diào)試中的意義四、常用延時線的應用延時線在前饋功放中的應用定義中絕對值在前饋調(diào)試中的意義1cm長同軸線纜（有效介電常數(shù)2.1）對應的時延：1°的相位差（頻率帶寬85MHz）對應的時延：所以此處1cm同軸線對應的相位差約為1.5°，實際調(diào)試時的經(jīng)驗值為2°~3°，基本吻合。四、常用延時線的應用貼片延時線的選用制造商Araren公司，未找到第二家共有12個產(chǎn)品，其中10個窄帶的，2個寬帶的我們部門用的都是1x1英寸的窄帶延時線尺寸越大，單位插損越小四、常用延時線的應用時延器件的選用從功率大小和插損角度考慮，要求插損小而功率大的器件選用延時濾波器。考慮SMT工藝、一致性、布局空間大小，最好選用貼片延時線。考慮成本、可調(diào)可生產(chǎn)性，采用同軸線繞制?？紤]成本、可調(diào)可生產(chǎn)性、而且時延調(diào)節(jié)范圍比較小，采用可調(diào)延時電路。思考題：同軸線和貼片延時線延時（或相位）和頻響的關(guān)系？1、同軸線的延時和頻響是線性的，所以時延與頻段無關(guān)；2、貼片延時線延時和頻響是非線性的，不同的頻段時延是不同的；但，在窄帶范圍內(nèi)是線性。四、常用延時線的應用貼片延時線的選用XDL20-6-100s的指標顯示：時延與頻率相關(guān)，這與時延理論及同軸線的測試數(shù)據(jù)相矛盾。頻率變大時插損掉得很快，我們測同軸線時插損變化沒有這么劇烈。原因是什么？四、常用延時線的應用貼片延時線的選用延時線內(nèi)部為帶狀線結(jié)構(gòu)，以此為模型做2個帶狀線的仿真仿真1：理想帶狀線仿真，不考慮鄰近帶狀線之間的耦合仿真2：帶狀線拓撲仿真，考慮了鄰近帶狀線之間的耦合。四、常用延時線的應用貼片延時線的選用考慮耦合很關(guān)鍵，考慮耦合后時延隨頻率增加而增加，與指標相符插損隨頻率變化較大，與指標相符不考慮耦合時時延基本不隨頻率變化，與理論一致插損隨頻率變化較小，與經(jīng)驗一致進一步分析1.3GHz~2.5GHz內(nèi)，考慮耦合時的時延大于不考慮耦合時的時延，即相同長度的帶狀線，如果繞成強耦合的形狀，可以獲得更大的時延；所以可以以更小的尺寸獲得相同的時延量。巴侖的基本原理及應用

巴侖的基本概念1

常用巴侖的分類2

常用巴侖的參數(shù)3

常用巴侖的應用4一、巴侖的基本概念巴倫的原理是按天線理論，偶極天線屬平衡型天線，而同軸電纜屬不平衡傳輸線，若將其直接連接，則同軸電纜的外皮就有高頻電流流過（按同軸電纜傳輸原理，高頻電流應在電纜內(nèi)部流動，外皮是屏蔽層，是沒有電流的），這樣一來，就會影響天線的輻射（可以想象成電纜的屏蔽層也參與了電波的輻射）。因此，就要在天線和電纜之間加入平衡不平衡轉(zhuǎn)換器，把流入電纜屏蔽層外部的電流扼制掉，也就是說把從振子流過電纜屏蔽層外皮的高頻電流截斷。巴倫的基本理論一、巴侖的基本概念巴倫的基本理論抵消法：

想辦法使流入的電流大小相等方向相反而互相抵消，應用較多的用磁環(huán)三線繞的平衡不平衡轉(zhuǎn)換器。變壓器法：通過高頻變壓器實現(xiàn)平衡不平衡轉(zhuǎn)換，原理就像推挽輸出變壓器一樣，把雙向平衡電流變換成但向不平衡電流。高頻開路法：在電纜屏蔽層外皮四分之一波長處接一個四分之一波長的套筒（等于效四分之一波長的開路線），因四分之一波長開路線對該頻率視為開路，達到截斷高頻電流的作用。抑制法：振子經(jīng)過一高頻扼流圈接電纜屏蔽層外皮，阻止高頻電流流向電纜屏蔽層外皮。備注：只是截斷屏蔽層外皮的高頻電流，并不是截斷流向屏蔽層的所有高頻電流高頻電流是在屏蔽層的里面流的。一、巴侖的基本概念為什么需要用巴倫？在射頻低頻電路中，為了降低電磁干擾、電源噪聲、底噪、諧波抑制、高頻電流抑制等，越來越廣泛地應用差分電路來改善射頻地。巴倫也叫平衡不平衡轉(zhuǎn)換器，部分巴倫有阻抗變換作用；通常用在對稱振子與同軸電纜連接；達到饋電平衡的目的。饋電平衡：是指電流大小相等，方向相反，對地阻抗一致，共模電流為零。巴倫的作用(a)Fromsingle-endedblocktodifferentialpair(b)Fromdifferentialpairtosingle-endedblock二、常用巴侖的種類變壓器巴倫傳輸線巴侖微帶線寬帶巴侖饋電平衡－－－磁耦合式、反向式、對稱式、扼流式等平衡器類型。功放常用的種類帶狀線巴侖LC巴侖三、常用巴侖主要參數(shù)和應用LC巴倫原理及參數(shù)最簡單的LC巴倫僅有兩個相同的電感和電容構(gòu)成，如下圖所示：LC元件值的計算公式如下：Rout和Rin為單端和輸出端口的阻抗三、常用巴侖主要參數(shù)和應用LC巴倫原理及參數(shù)實例：設(shè)計一個工作頻率在100MHz巴倫，單端和差分阻抗為50歐姆。按照上述公式計算得到L=113nH，C=22.5pF。三、常用巴侖主要參數(shù)和應用LC巴倫原理及參數(shù)S參數(shù)仿真結(jié)果：在100MHz頻率上幅度和相位和設(shè)計值基本吻合，不過LC對工作頻率較為敏感，因此，該balun的工作帶寬不寬，基本只能工作在100MHz附近。三、常用巴侖主要參數(shù)和應用可分為1比1型和1：4型等。1比1型巴倫只有平衡不平衡轉(zhuǎn)換的功能、1比4型巴倫除了平衡不平衡轉(zhuǎn)換的功能外還可以進行阻抗變換（1變4、4變1）變壓器型巴倫的材料與工作頻率有關(guān)。低頻段采用泊美合金鐵芯、米波段建議用鐵氧體磁環(huán)（到有線電視分配器拆）、分米波段建議空心電感。兩線圈之間要加靜電屏蔽，以防止電容耦合破壞輸出端的對稱性。在實際應用中，變壓器巴侖應用于低頻段范圍。由于在高頻容易受引線寄生參數(shù)的影響和磁性材料的損耗增加，不適用。變壓器巴倫原理及參數(shù)180degreeBalunTransformersA

balunconvertsbetweenabalancedsignalandanunbalancedsignal三、常用巴侖主要參數(shù)和應用三、常用巴侖主要參數(shù)和應用變壓器巴倫原理及參數(shù)根據(jù)變壓器理論：

電壓比

U2/U1=N2/N1=4:2=2:1(線圈數(shù)比)

功率比

P2/P1=1:1（能量守恒）

電流比

I2/I1=1:2（I=P/U）

阻抗比

R2/R1=1:4(R=U/I)

三、常用巴侖主要參數(shù)和應用變壓器巴倫原理分析仿真結(jié)果主端口2的3種接法（接地、懸空、1V直流）：VIN信號不變，說明VIN點處阻抗不變，即不影響B(tài)alun的輸入回波S11。V1-V2信號不變，說明巴倫輸出差模信號不變，即不影響B(tài)alun的輸出信號功率，AD8362的檢波功率不變。巴倫ETC16423用于AD8362檢波時，端口2接地與懸空皆可。實例：ETC16423分析巴倫ETC16423理想模型仿真電路圖三、常用巴侖的主要參數(shù)和應用巴侖在AD8362檢波電路中的應用AD8362檢波電路中，射頻信號輸入端口為平衡式雙端口，需用到M/A-COM公司的巴倫ETC16423，兩個作用：將不平衡的單端口變換為平衡式的雙端口將50Ω阻抗變換為200Ω巴侖在AD8362檢波電路中的應用AD8362的datasheet推薦電路中balun的端口2是接地的。我們用的電路端口2是懸空的有無影響？需分析。。。三、常用巴侖的原理和應用巴侖在AD8362檢波電路中的應用PA-4445FWB1中試發(fā)現(xiàn)的問題：20塊功放中有5塊ALC功率波動（2110MHz~2170MHz）為0.7dB~1.3dB

只跟換巴倫ETC1643后ALC波動5塊功放都變好為0.5dB以內(nèi)巴倫ETC1643的波動指標批量一致性不好ALC檢波電路中不推薦使用巴倫，改為單端輸入檢波方式，檢波功率范圍會減小約10dB前饋功放中載波對消檢波電路依然可以用巴倫ETC1643，這個電路對巴倫的帶內(nèi)波動要求不高PA-4445FWB1功放ALC檢波電路三、常用巴侖的原理和應用三、常用巴侖的原理和應用同軸線巴侖采用λ/4波長的傳輸線或同軸線來實現(xiàn)180°相位變換，阻抗1:1傳輸。三、常用巴侖的原理和應用傳輸線巴侖采用λ/2波長U型環(huán)來實現(xiàn)天線振子和同軸線平衡不平衡及阻抗變換。三、常用巴侖的原理和應用同軸線巴侖在電路中的應用三、常用巴侖的原理和應用同軸線巴侖在電路中的應用

用同軸線構(gòu)成的巴侖。當ZA=50歐姆時，R=25歐姆。也可采用ZA=(50*2R)1/2，來進行阻抗轉(zhuǎn)換，此時，同軸線的電長度應為四分之一波長。三、常用巴侖的原理和應用微帶線巴侖微帶線巴侖包括PCB印制板微帶線傳輸和微帶線集成器件。優(yōu)點：電氣性能穩(wěn)定、工作頻段寬；印制板微帶線成本低。缺點：低頻段應用時，布局空間較大。

最簡單的微帶線baun也就是一對耦合微帶線，“平行線巴侖”。采用以中心頻點的λ/4波長微帶傳輸線實現(xiàn)。缺點：三、常用巴侖的原理和應用微帶線巴侖S參數(shù)仿真在頻率較高的情況下（大于1GHz），LC巴倫由于電感，電容的寄生效應，自諧振頻率等影響，性能將變差，而在高頻上，用微帶線設(shè)計的巴倫在性能，尺寸上都比較理想。三、常用巴侖的原理和應用微帶線巴侖S參數(shù)仿真結(jié)果帶狀線BALUN的原理和應用三、常用巴侖的原理和應用3A412SFeatures:·800–1000MHz·180°Transformer·50Ohmto2x12.5+jOhm·LowInsertionLoss·HighPower·EvenOrderSuppression·InputtoOutputDCIsolation帶狀線BALUN的原理和應用三、常用巴侖的原理和應用3A412SThe3A412Shasanunbalancedportimpedanceof50Ωandbalancedportimpedancesof12.5Ωtogroundwitha25Ωbalancebetweenoutputs.Thiseasesthematchingofthepushpullamplifier’spowertransistors,whichhavelowimpedancelevels.Theoutputportshaveequalamplitude(-3dB)with180degreephasedifferential.貼片巴侖在RF_AP預失真單元電路中的應用三、常用巴侖的原理和應用為什么用巴倫：平衡式輸入輸出電路的廣泛使用平衡式輸入輸出的優(yōu)點：抗干擾能力強抗電源噪聲抗地噪聲能力強具有偶數(shù)諧波抑制功能所以平衡式輸入輸出電路在功放電路中應用較多：如AD8362檢波管，SC1887預失真芯片。微帶線是單端非平衡端口，與平衡式端口相連時需要巴倫進行變換。同軸線巴倫舉例----