一文看懂巴伦（功能原理、性能参数、基本类型）-2

2020.9.28

王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

为特定应用确定巴伦种类时的关键规格参数包括：/strong>

> 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。

基本类型的巴伦

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。差分功率分配用途中可使用的巴伦类型为变压器巴伦、电容和/或磁耦合传输线巴伦、混合耦合器巴伦，而且此类巴伦还可用于功分器及逆变器联用的情形中。巴伦的用途广泛，下至单端信号和差分信号之间的转换，上至模式噪声和信号的消除。对于巴伦而言，最重要的特性为其功率平衡度和相位平衡度。

磁通耦合变压器巴伦为最常见的一类巴伦，其基本上由磁芯及缠绕于磁芯上的两条不同导线构成，其中，通过将初级绕组的一侧接地，在初级侧产生不平衡条件，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，从而产生任何所需的阻抗比。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，从而如上所述，产生n2倍的输出阻抗，其中，n为次级侧匝数与初级侧匝数之比。

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。

举例而言，磁通耦合变压器最适合的工作频率为1GHz以下，当在更高频率下工作时，常发生耦合损耗。在微波频率下，变压器内的磁性材料的损耗角正切较高，因此导致较大的信号损耗。因此，通常由缠绕于磁芯上的双路传输线构成的电容性耦合传输线巴伦，如瓜内拉（Guanella）巴伦通过低频磁耦合与高频电容性耦合解决高频下的上述问题。