目录
一、前言
猛一提到“巴伦”，可能很多人会想到这是个什么玩意。因为“巴伦”是一个音译词，压根不是我们中国字的范畴，其来源于英文”Balun“，但是这个 Balun也是一个合成词——Balanced to Unbalanced，平衡到不平衡。越说越玄乎，最关键在这里 Balanced to Unbalanced Transformer，平衡到不平衡的变换器。所以”巴伦“ 就是一款特殊的变换器，其主要功能是完成阻抗的变换和平衡到不平衡的转换。
这里就引出了另一个概念，什么叫做平衡，什么叫做不平衡？
在射频传输线中，两个导体具有相同相反电荷潜力的线称为 平衡 传输线，也就是其传输线电流相对于地对称，例如 双导线。但是微带线和同轴线，其两个导体体积有明显的区别，这种线称为 不平衡传输线。
常见的一些天线都属于平衡传输线。
二、巴伦的基本功能：
1.将电流或电压从不平衡转换至平衡
2. 通过某些构造进行共模电流抑制
3. 通过某些构造进行阻抗转换（阻抗比不等于1:1）
巴伦分为多种类型，其中的某些用于阻抗转换，还有某些用于连接具有不同阻抗的传输线。阻抗转换巴伦可实现阻抗匹配、直流隔离以及将平衡端口与单端端口匹配。共模扼流圈因为可消除共模信号，因此在某种意义上说也是一种巴伦。巴伦用于推挽放大器、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。
巴伦的最常见用途为将不平衡信号连入用于长距离传输的平衡传输线。与采用同轴电缆的单端信令相比，采用平衡传输线的差分信令受噪声和串扰的影响更小，可使用更低的电压，而且成本效益更高。因此，巴伦可用作本地视频、音频及数字信号与长距离传输线之间的接口。
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
四、巴伦的基本原理
巴伦的理想S参数如下：
S12= – S13= S21= – S31
S11= -∞
巴伦的两个输出幅度相等，相位相反：
– 在频域中，这表示两个输出之间具有180°的相位偏移；
– 在时域中，这表示一个平衡输出的电压为另一平衡输出的负值。
此外，两条线路当中的一条的导体须明确接地。
举例而言，平衡线路由电位幅度相等且相位相反的导体构成。由于微带线和同轴电缆采用不同尺寸的导体，因此可谓不平衡线路。巴伦的设计目的正是在于解决此类不平衡线路导致的问题——巴伦可在电流以相反相位传输的平衡（或差分）传输线与返回电流经地下传输的不平衡（或单端）传输线之间转换。
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，因此该两电流幅度相等且相位相反。与此同时，趋肤效应使得屏蔽层外侧产生另一电流，当该电流较大时，可使得作为馈电线的所述同轴电缆成为天线，向外辐射强度与电流大小成正比的电磁场。由于同轴电缆具有对称的物理结构，而且其内部两导体上的电路幅度相等且相位相反，因此其内部结构本身产生的辐射极小。然而，某些因素可破坏其两导体内的电流平衡（即破坏“幅度相等，相位相反”这一状态），在此情况下，该馈电线内部也将如屏蔽层外侧的电流一样产生较大电磁辐射。这一不平衡现象将导致方向图扭曲，干扰以及损耗。
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，工作频率以及该设计的物理结构。大多数巴伦内部通常含有两根相互绞合后缠绕于磁性或非磁性芯体上的绝缘铜线。
为特定应用确定巴伦种类时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
– 插入损耗及回波损耗
– 平衡端口隔离度
– 直流/对地隔离度
– 群延迟平坦度
相位平衡度
巴伦的一项重要标准指标为其平衡性，即两个平衡输出（一个为反相180°输出，另一个为非反相输出）与“功率水平相等，相位相差180°”这一理想状态的接近程度。两个输出之间的相位角度差与180°的偏离程度称为巴伦的相位不平衡度。
幅度平衡度
该项指标由巴伦的结构和线路匹配程度决定，通常以dB为单位。幅度平衡是指输出功率的大小之间相匹配，两输出功率大小之间的差值称为幅度不平衡度，单位为dB。一般情况下，幅度平衡度每提高0.1dB，或相位平衡度每提高1°，则共模抑制比（CMRR）将提高0.1dB。
共模抑制比（CMRR）
当具有相同相位的两个相同信号注入巴伦的平衡端口时，可能会产生发射或接收两种不同的结果。CMRR是指该信号从平衡端口传输至不平衡端口的过程中所发生的衰减量，单位为dB。CMRR由此两信号的矢量相加结果决定，而该矢量相加结果进一步取决于巴伦的幅度平衡度和相位平衡度。
阻抗比/匝数比
不平衡阻抗与平衡阻抗之比通常以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。
插入损耗及回波损耗
差分插入损耗越低，共模回波损耗越高，则表示通过巴伦的插入信号功率越大，动态范围越宽，信号失真度越小。在无隔离的理想巴伦中，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。