高集成射频模块巴伦详解

设计和仿真

平衡同轴电缆使180度端口拥有与0度端口相同的对地阻抗和共振。有了该平衡部分，两个端口便有效拥有了接地同轴护套，接地护套理论上可以制造出完美的振幅和相位平衡。重要的是，该巴伦可实现平面结构，如图3所示。耦合线可实现物理地侧端或末端耦合。

马卡德巴伦的布局有独立的主次之分，传输线变压器则没有。此外，差分输出端口对DC的对称连接允许DC和IF在混频器和其他器件中回流。

设计要求

本文中，我们将看到5-25 GHz的平面马卡德巴伦的设计。该设计的物理要求如下：

* 总长为：λ/2，其中λ为频段中最高频率的波长。

* 预设长度为3575 μm。

* 耦合线长度为：λ/4，其中λ为频段中最高频率的波长。

* 预设长度为1788μm。

* Z0e = 高，尽可能将到地平面的距离设置为最大。

* Z0e = 低，尽可能将到地平面的距离设置为最小。

* 不平衡，单端输入端口阻抗= 50?

* 平衡，差分输出端口阻抗= 50?

* 输出单端端口= 25?

该设计中，单端S-参数为：

S11 = 0, 匹配

S21, S31, S12, S13 = -3dB

S22, S33, S23, S32 = -6 dB

拥有平衡输出，S-参数变为：

S11, S21 = 0, 匹配

S21, S12 = 低损耗.

使用IE3D进行EM仿真

随着对高系统集成和相应的高密度封装的需求，多层结构已成为必要。现代MMIC设计已采用了多种三维结构和布局。电传播为纯-横电磁波（TEM）的布局可使用电路模拟器。

TEM分析仅适用于设计低频MMIC，其中带材宽度和基材厚度比波导波长小的多。总之，EM求解器提供了一种优越的解决方案，解决方案中考虑如下因素：

1. 多导线传输线

2. 串扰效应

3. 激振效应

4. 计时误差

5. 集肤效应损耗

6. 电阻-电容时间常量效应

7. 断点效应

8. 互联效应

9. 包装效应

Mentor Graphics的IE3D全波EM仿真解决方案在此用来模拟马卡德巴伦。（IE3D是该行业内唯一一个以全3D动差法为基础的仿真器，该仿真器可精确地解决在x/y坐标系统并压栈于z向标的图层集合的结构问题。）为了模拟巴伦结构，金属将模拟其真实厚度。IE3D适用于解决MMICs常见的多层无源结构问题和PCB设计，其中大部分结构基于水平叠加。