巴伦电路的原理及设计

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1.巴伦的传输线与集总电路转换简述

巴伦是一种在平衡和非平衡电路连接之间进行转换的电路。balun 一词是由 BALanced 和UNbalanced 两个词的缩写衍生而来的首字母缩写词。不平衡连接也称为单端，平衡称为差分。

巴伦通常通过使用三种类型的电路元件中的任何一种来实现：分立变压器、传输线或集总元件。变压器类型的巴伦可以是分立型或分布式型。分立变压器由磁耦合的集总元件电感器（可由印刷电路、屏蔽、沉积或导线导体制成）组成。分布式或传输线类型的巴伦通常使用微带或半刚性同轴线。

此处使用的集总元件用于描述被认为存在于单个位置的电路元件，例如电感器、电容器和电阻器。集总元件电路元件与空间分布的分布式电路元件形成对比，例如微带传输线。分立这个词有时与集总元素互换使用；然而，在本讨论中优选集总元件以区别变压器类型的巴伦，后者是分立元件。

运行原理

考虑图 7.1 中所示的虚构巴伦电路，它由配置为信号分配器的两条传输线组成。输入端子 1 的输入信号在两条传输线之间平均分配，一半信号出现在输出端子 2 处，另一半出现在端子 3 处。其中一条线的长度为中心频率处的四分之一波长，另一条线的长度为负四分之一波长。（该电路是虚构的，因为无法实现负线长度。）

端子 2 的输出信号相对于输入信号的相移为 -90 度，端子 3 的输出相移为+90 度。两个输出之间的相位差为 180 度。可以在端子2 和 3 之间获取单个差分信号，而不是使用两个单端输出。

这种差分输出可以通过将图 7.1 中端子 2 和 3 的两个单端输出变形为一个平衡输出来解释。这分两步说明，首先将单端输出转换为全差分输出，然后转换为串联差分电路。原始的两个单端输出如图7.2(a)所示，可以重新绘制为图7.2(b)。图7.22（b）被认为是一个完整的或真正的差分电路，因为所有

在完美平衡的电路中，没有电流流入大地，因此图 7.2 (b) 中的硬地可以用虚拟地代替，两个单端终端替换为电阻为单端电阻两倍的单个终端。两端负载以产生如图7.2（c）所示的串联平衡电路。

通过用L-C滤波器网络代替两条四分之一波长线，可以将图7.1的虚拟巴伦转换为实际电路。参考图 7.3 (a)，传输线的 –90 度长度可以通过 Pi 电路或其 T 形电路实现。类似地，+90 度线可以用图 7.3 (b) 中的 T电路或它的 Pi电路代替。通过图7.3（b）的电路的相移实际上是是–270度，相当于所需的+90度。

将图 7.3 中的 –90° Pi 和 +90° T 传输线等效电路替换到图 7.1 中，得到图7.4 中的 6 元件集总元件巴伦电路。

与四分之一波传输线一样，Pi 和 T集总元件等效物的一个非常有用的特性是它们还可以提供阻抗变换以适应任意源电阻和负载电阻。

注意：可以使用图 7.3 中 –90° 和 +90° L-C 滤波器的任意组合。在这种情况下，我们选择了 –90° Pi 和 +90° T，因为这种组合使用的电容器多于电感器。通常，电容器的高频质量比电感器的“好”。选择 Pi 或 T 电路时的另一个考虑因素是串联电容器可以在需要的系统中兼作隔直电容。

如果在–90°和+ 90°滤波器部分都选择了Pi型电路，则结果将是如图7.5（a）所示的巴伦。在中心设计频率下，不平衡端的分流器 C 和分流器 L 的电抗相等，但符号相反。这两个组件然后是“透明的”，可以移除以将巴伦简化为图 7.5 (b) 所示的 4 元件电路。4-LC 巴伦的组件值与 6--LC 版本相同。