Integrated thin-film balun transformers

Abstract

Tämä diplomityö käsittelee integroituja mikroaaltoalueen balunimuuntajia, sekä niiden suunnittelua, toteutusta ja analysointia. Aluksi työssä luodaan katsaus planaaristen johteiden ominaisuuksiin ja epäideaalisuuksiin, sekä sähkömagneettiseen kytkeytymiseen johtojen välillä. Lisäksi esitellään Micro Analog Systems Oy:n MAS20P-passiivi-integrointiteknologia. Balunille johdetaan kolmiportti-s-parametrien avulla kaksiportti-s-parametrit, joiden avulla balunin toimintaa voidaan kuvata yksikäsitteisesti. Seuraavaksi tutustutaan erilaisiin balunityyppeihin, niiden ominaisuuksiin ja suorituskykyyn.

Kytkeytymistä ja tehonsiirtoa muuntajan kelojen välillä, sekä viritys-kondensaattoreiden vaikutusta muuntajan tehonsiirtoon tutkitaan. Integroidulle planaariselle muuntajalle esitetään malli, jonka avulla voidaan laskea muuntajan itseis- ja keskinäisinduktansseja.Lisäksi esitellään erityinen kaksinauhainen muuntajarakenne, jolla pyritään pienetämään muuntajan häviöitä. Neljä balunimuuntajaa suunniteltiin, joista kolme toteutettiin kaksinauha-rakenteella. Mikroaaltoalueen sähkömagneettisia ilmiöitä hyväksikäyttäen suunnitelluille balunimuuntajille esitetään sijaiskytkentä, jonka avulla mallinnettiin ja analysoitiin mitatut balunimuuntajarakenteet.

Simulointituloksia ja mittaustuloksia verrattiin keskenään, joiden perusteella todettiin esitettyjen mallien ja laskentamenetelmien soveltuvan hyvin tavalliselle MAS20P-baluni-muuntajarakenteelle, mutta kaksinauha-rakenteille soveltuvuus ei ollut yhtä hyvä. MAS20P-balunimuuntajien suorituskykyä verrattiin kaupallisiin baluneihin ja MAS20P-balunien todettiin olevan kilpailukykyisiä.