什么是射频PCB中的巴伦，你需要一个吗？

在RF PCB设计话题中经常会提到一个术语——巴伦，但有时候它的作用或为什么需要它可能并不清楚。在RF PCB设计中，有时需要同时进行阻抗匹配和平衡/不平衡信号之间的转换。这就是巴伦派上用场的时候。

如果您想更详细地了解什么是平衡不平衡变压器（balun），请继续阅读，因为这是一个内容丰富的话题。对于balun的一些描述可能相当深奥或过于简单，因此我将尽力简洁地阐述，并将其与大多数设计师熟悉的PCB设计概念联系起来。希望您能获得足够的背景信息，以选择您的balun并将其纳入您的PCB布局中。

什么是Balun？

非常简单地说，平衡不平衡变换器（balun）是一种将不平衡（单端）的交流信号转换为平衡（差分）交流信号的设备。平衡不平衡变换器可以采取多种形式，尽管最常用于低频射频信号（例如，CATV和电视天线）的是简单的变压器或一组耦合电感。通过在单端射频输入信号和差分信号之间进行转换，信号可以输入到差分接收器、偶极天线或其他差分操作组件中。

以下是一些在常见射频系统中可以找到的平衡不平衡变压器（baluns）的例子：

• 简单变压器。这可能是最简单的平衡不平衡变换器（balun）类型，但它也是最笨重的。
• 中心抽头变压器。这是一个更好的变压器balun选项。变压器上的中心抽头为平衡信号提供了共享的参考网。balun两侧的阻抗取决于未抽头侧与一半抽头侧之间的匝数比。
• LC电路中的耦合。你可以通过利用LC电路中反应元件之间的耦合，创建一个实际上具有与中心抽头变压器相同的阻抗变换功能的电路。这是一个更复杂的话题，涉及到LC电路中的仿真。你可以在Mark Harris最近的项目中看到一个由LC组件构成的balun的例子。
• 分布式balun设计。这些balun设计更为复杂，因为它们利用了印刷在PCB上的走线之间的耦合阻抗。类似的结构也用于在集成电路中放置balun。

我列出的最后一种平衡不平衡变压器（balun）涵盖了需要在印刷电路板（PCB）上仔细布局印刷元件的大范围设计。这是射频PCB设计中大多数设计师可能觉得深奥的一个方面。幸运的是，微波工程教科书和研究文献中有许多设计，为平衡不平衡变压器设计提供了一个良好的起点。下面的图片展示了两个变压器平衡不平衡变压器和一个可以印刷到PCB上的简单四分之一波长平衡不平衡变压器。

巴伦在被动放大器、频率倍增器、相移器、调制器和偶极天线馈线中有其应用。在这些应用中，巴伦执行两个重要功能。

阻抗匹配

巴伦的一个重要功能是在巴伦的平衡端和不平衡端之间提供阻抗匹配。例如，在变压器巴伦中，这可以通过选择适当的匝数比来完成，或者说是选择初级线圈和次级线圈电感的比率。理想的巴伦将具有返回损耗S11 = 负无穷大。

隔离

因为平衡不平衡变压器（baluns）通过电或磁耦合传输功率，它们在平衡和不平衡信号之间提供了一定的自然隔离。只要平衡不平衡变压器设计得当，这就很好地帮助隔离了balun两侧之间传递的辐射型电磁干扰（EMI）。如果信号被输入到一个差分接收器中，balun的平衡端还具有高共模噪声免疫性。

如何在RF PCB中布局平衡不平衡变压器

在RF PCB布局中使用平衡不平衡变压器有两个挑战：布局平衡不平衡变压器本身，以及布局不平衡和平衡线路。遵循您在其他RF PCB中使用的相同策略：

• 在电路块之间提供隔离，例如使用通孔栅栏或电磁带隙结构（EBGs）
• 尽量使用较短的走线并在需要时匹配阻抗
• 尝试将布局分格，以便不同的功能块位于电路板上的不同位置

TRANSLATE:

在偶极天线馈线上使用时，将巴伦放置在接地平面区域的边缘，并将平衡输出直接引至天线。这通常在倒F天线或其他微带天线上进行。反过来，如使用单极天线或同轴连接（即，带有U.FL连接器的不平衡天线），无论如何都应该在接地平面上进行。为了提供高隔离度，你可以在馈线周围以及天线区域与其他电路之间放置接地保护通孔。

一旦你理解了平衡不平衡变压器（balun）是什么，就更容易确定哪种类型的balun最适合你的射频PCB。一旦你得到了所需的balun，你可以使用Altium Designer®中的完整CAD工具集来布局印刷balun以及其余的射频PCB布局。当你需要与合作者分享你的工作时，你可以使用Altium 365®平台来分享和管理你的设计数据。

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