目录

一、前言

巴伦的基本功能：

三、巴伦的用途

巴伦的基本原理

五、巴伦性能指标

六、巴伦的种类

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一、前言

说到巴伦，很多人可能会想到这是什么。因为巴伦是一个音译词，根本不是我们汉字的范畴，它来自英语。Balun但是这个 Balun也是合成词——Balanced toUnbalanced，平衡到不平衡。越说越玄乎，这里最重要的是Balanced toUnbalancedTransformer，从平衡到不平衡的变换器。所以”巴伦“ 是特别的变换器，其主要功能是完成阻抗和平衡到不平衡的转换。

这是另一个概念，什么是平衡，什么是不平衡？

在射频传输线中，具有相同相反电荷潜力的两个导体被称为平衡传输线，即其传输线电流相对于地对称，如 双导线。但是微带线和同轴线的两个导体体积有明显的区别，称为 传输线不平衡。

一些常见的天线属于平衡传输线。

巴伦的基本功能：

1.将电流或电压从不平衡转换为平衡

2. 通过某些结构抑制共模电流

3. 阻抗转换通过某些结构(阻抗比不等于1:1)

巴伦分为多种类型，有的用于阻抗转换，有的用于连接不同阻抗的传输线。阻抗转换巴伦可实现阻抗匹配、直流隔离和平衡端口与单端端口匹配。在某种意义上，共模扼流圈也是一种巴伦，因为它可以消除共模信号。巴伦用于推拉放大器、宽带天线、平衡混频器、平衡倍频器和调制器、移相器和任何需要在两条线路上传输相同范围和相差180度的电路设计。

巴伦最常见的用途是将不平衡信号连接到长途传输的平衡传输线上。与同轴电缆的单端信令相比，平衡传输线的差分信令受噪声和串扰的影响较小，电压较低，成本效益较高。因此，巴伦可以用作当地视频、音频和数字信号与长途传输线之间的接口。

三、巴伦的用途

– 无线电及基带视频

– 雷达、发射机、卫星

– 电话网络、无线网络调制解调器/路由器

巴伦的基本原理

巴伦的理想S参数如下：

S12= – S13= S21= – S31

S11= -∞

巴伦的两个输出范围相等，相位相反:

– 在频域中，这意味着两个输出之间有180°相位偏移；

– 这表示一个平衡输出的电压是另一个平衡输出的负值。

此外，两条线路当中的一条的导体须明确接地。

例如，平衡线由电位范围相等、相位相反的导体组成。由于微带线和同轴电缆采用不同尺寸的导体，可以说是不平衡线。巴伦的设计目的是解决这种不平衡线造成的问题——巴伦可以在电流通过地下传输的不平衡（或单端）传输线和返回电流之间转换。

在同轴电缆内，由于内导体和屏蔽层内的电流产生的电场仅限于两者之间的空间，因此两个电流范围相等，相反。同时，皮肤效应使屏蔽层外产生另一个电流。当电流较大时，作为馈线的同轴电缆可以成为天线，向外辐射强度与电流大小成正比。由于同轴电缆具有对称的物理结构，两个导体上的电路范围相等，相反，其内部结构本身产生的辐射非常小。然而，有些因素会破坏两个导体中的电流平衡（即破坏范围相等、相位相反的状态）。在这种情况下，馈线内部也会像屏蔽层外的电流一样产生更大的电磁辐射。这种不平衡会导致方向图扭曲、干扰和损失。

五、巴伦性能指标

巴伦分为多种类型。微波射频设计中使用的巴伦类型取决于所需的带宽、工作频率和设计的物理结构。大多数巴伦通常含有两条绝缘铜线，它们缠绕在磁性或非磁性芯上。

确定巴伦类型的关键规格参数包括：

– 频率覆盖范围

– 相位平衡度

– 幅度平衡度

– 共模抑制比

– 阻抗比/匝数比

– 插入损耗和回波损耗

– 端口隔离度平衡

– 直流/隔离地面

– 群延迟平坦度

相位平衡度

巴伦的一个重要标准是它的平衡，即两个平衡输出(一个是反相180)°输出，另一个是非反相输出，相位相差180°接近这种理想状态。两个输出之间的相位角差和180°偏差称为巴伦的相位不平衡。

幅度平衡度

该指标通常由巴伦的结构和线路匹配程度决定dB为单位。振幅平衡是指输出功率大小之间的匹配，两个输出功率大小之间的差称为振幅不平衡，单位为dB。一般情况下，幅度平衡度每增加0.1dB，或每次相位平衡度增加1°，共模抑制比（CMRR）将提高0.1dB。

共模抑制比（CMRR）

两个相同相位的相同信号注入巴伦的平衡端口时，可能会发射或接收两个不同的结果。CMRR是指信号从平衡端口传输到不平衡端口的衰减，单位为dB。CMRR由此决定了两个信号的矢量相加结果，这进一步取决于巴伦的范围平衡和相位平衡。

阻抗比/匝数比

不平衡阻抗与平衡阻抗的比例通常为1：n表示。差分阻抗为平衡信号线路之间的阻抗，而且为信号线路对地阻抗的两倍。匝数比为磁通耦合巴伦变压器的一项参数，其表示该变压器初级绕组匝数与次级绕组匝数的比值。匝数比的平方等于阻抗比，比如当匝数比为1:2时，阻抗比为1:4。通过磁通耦合变压器，可设计出高阻抗比的巴伦。

插入损耗和回波损耗

差异插入损耗越低，共模回波损耗越高，通过巴伦插入的信号功率越大，动态范围越宽，信号失真度越小。在理想的无隔离巴伦中共模信号可以0dB的回波损耗完全反射，而差分信号则以-∞的回波损耗完整通过。

平衡端口隔离度

平衡端口隔离度是指从一个平衡端口至另一平衡端口的插入损耗，单位为dB。由于大部分巴伦将偶模反射而出，而非以电阻性负载对其进行适当端接，因此其平衡端口隔离度并不高。一种例外情形为180°混合电路，该电路将偶模输出至可以电阻方式端接的端口。

负载，例如最常见的偶极子天线，八木天线等，但是它们的馈线都是不平衡线，这个时候就需要用到 巴伦 来进行变换。

巴伦有很多种，不同的设计用于满足不同的应用需求，例如：带宽，工作频率的要求，以及所应用常见的不同。

六、巴伦的种类

LC Balun

LC 巴伦由两个电感器和两个电容器组成。它引入了 +/-90 度的相移。在该电路中，工作频率保持在自谐振频率以下。主要用于推挽放大器的输出端，将平衡信号转换为非平衡信号输出。

变压器巴伦

这种巴伦类型没有任何传输线等效电路。其平衡模式输出阻抗是输入非平衡模式的 4 倍。主要应用于电视天线的阻抗匹配。 

折叠巴伦

图描绘了折叠巴伦类型。一个虚拟同轴外导体连接到从中心导体馈电的极柱上。它与馈线同轴电缆一起运行 λ/4 并接地。另一极直接连接到同轴馈线的屏蔽。同轴电缆的外导体和外线为三芯线中的两根接地线。

应用：它允许将同轴电缆直接连接到偶极天线。

 

同轴巴伦

它是使用 λ/4 长度的传输线或同轴电缆设计的。同轴巴伦有两种类型。1:1 同轴巴伦和 1:4 同轴巴伦。图 4 描述了相同的情况。使用四分之一长度的同轴电缆实现 1:1 阻抗转换。如图所示，使用其他巴伦设计实现 1:4 阻抗转换。它用于基于传输线或同轴电缆的系统，以实现 1:1 和 1:4 阻抗转换。

微带巴伦

这种巴伦类型是在 PCB 或专门制造的微带介质基板上实现的。图 5 描绘了简单的耦合线微带巴伦类型。该结构在中心频率处具有 λ/4 波长。它也被称为平行线巴伦。它用于超过一个倍频程的带宽，前提是线路之间的耦合非常高。微带巴伦的类型包括鼠道耦合器、多耦合线、印刷马钱德巴伦、基于微带的LC巴伦等。

 

当然，巴伦的种类还有很多， 套筒巴伦或火箭筒巴伦，分体式同轴巴伦，半波长巴伦， 烛台巴伦，铁氧体芯巴伦，铁氧体烛台巴伦，分体锥形同轴巴伦还有有源巴伦。