巴伦——变压器巴伦、同轴巴伦、微带巴伦等

巴伦主要作用是完成由单端传输（如：同轴线、微带线等）变换为差分传输（如：半波振子天线，推挽电路等）之间的变换，又称为平衡-不平衡变换器即Balance-Unbalance，英文将其合并缩写成一个新词Balun，音译为巴伦。

巴伦是变压器（Transformer）的一种，因此它有阻抗变换的功能，且平衡的两路输出相位相差180°，因此巴伦可用于推挽放大器、宽带天线、平衡混频器、平衡倍频器及调制器、移相器以及任何需要在两条线路上传输幅度相等且相位相差180度的电路设计。典型的电路原理如下图（单端unbalanced变为双端balanced 端口）：

巴伦有以下几种类型：

1、传输线变压器型（Transformer balun）

它是在高频磁环上缠绕一组或几组传输线，利用不同的连接方法来完成阻抗变换和平衡-不平衡变换作用。其中，通过将初级（primary）绕组的一侧接地，在初级（secondary）侧产生不平衡条件，并在次级侧产生平衡条件。次级侧匝数与初级侧匝数之比可任意设置，从而产生所需的阻抗比。磁通耦合巴伦变压器次级侧产生的交流电压n倍于初级侧的电压，且电流相应地为初级侧电流的1/n。阻抗关系如下：

上述绕线式磁通耦合变压器的次级绕组中通常设有接地的中心抽头，这一设计可改善输出平衡性。此外，每对传输线的两导线电流的幅度相等方向相反，因而他们在磁芯中产生的磁通相互抵消，这样磁芯的损耗很小，即使磁芯截面积很小，也具有较大的功率容量。所以，它具有频带宽（应用频率一般在3GHz以下）、体积小、功率容量大等优点。

传输线巴伦根据使用又分为多种类别：

1）耦合型巴伦：输入输出隔离，工作频带较低。

2）1:1传输型巴伦：工作频带较宽。

3）带副线的1:1传输巴伦：可以获得更好的隔离，用来设计混频器时可以得到更好的谐波抑制。

4）组合型：1:2、1:3、1:4等多种传输线。

传输线巴伦的应用：单端变差分变换器

2、LC型（Lumped balun）

包含两个电感和两个电容，各自产生±90°的相移，要注意电感和电容的自谐振频率要远低于工作频率，且要考虑器件的寄生电容，原理框图如下：

计算公式为：

该电路主要用于推挽（push-pull）放大器中，输出使用巴伦变换器，如下图：

在高频段，使用集总参数巴伦代替绕线巴伦会更加方便：

3、同轴线型（Quarterwave Coaxial Balun）

在同轴电缆内部，由于内导体与屏蔽层内侧的电流所产生的电场局限于此两者之间的空间内，相当于一个圆柱形线圈在绝缘圆筒内，另一个线圈在圆筒外，经过四分之波长传输，该两电流幅度相等且相位相反。下图为四分之波长1:1巴伦变换器：

同轴型的应用之一为天线馈电使用：

同轴线变换器还有阻抗变换等功能（非巴伦结构）如：

4、微带（microstrip）型

微带巴伦有很多种形式，优势是价格低廉，可以印刷在pcb板上或者微波集成电路介质板上。另一方面微带巴伦尺寸相当大，尤其是在低频RF频段。

微带型巴伦有多种样式，最简单的印刷式巴伦是平行耦合线巴伦（Parallel plate balun），用中心频率的四分之一波长微带线构成，带宽可以达到一个倍频，提供足够高的微带线之间的耦合。下面列出各种微带巴伦结构。

巴伦形式多种多样，除去文中的几类，还有murata、mini等公司的LTCC巴伦，实际上与anaren公司的类似是用的微带多层设计的巴伦；巴伦在差分电路转换、微波电路的功率放大器、宽带混频器匹配等设计中应用广泛，但在微波电路中仅算是一个较小的门类，相关的资料较少，具体设计时可以根据文中相应的中文英关键词在google上查阅相关的资料。

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