Introduction and utilization of Balun

一、Balun的定义 

巴伦（Balun，平衡到不平衡的缩写）是一种常见的电路元件，全称为平衡-不平衡转换器。其主要功能是将功率相等且相位相反的平衡信号转换为单端不平衡信号，以供应至不平衡负载。反之，它也能将不平衡信号转换为平衡信号，从而实现单模和共模/差模的相互转换。

平衡信号是指具有两个相对于地面阻抗相等的导体的信号。这两个导体之间的电压保持恒定，有助于抑制共模噪声，即对两个导体都有同等影响的外部干扰。相对而言，不平衡信号只有一根导线承载信号，接地或参考导线作为返回路径，更容易受到共模噪声的影响。

除了平衡与不平衡信号的转换，巴伦还具备阻抗变换功能，因此也被称为平衡馈电器。这些特性使得巴伦在微波技术和天线领域得到广泛应用。下面我们将详细探讨巴伦的具体用途。

二、Balun的用途

巴伦的最常见用途是将不平衡信号连接到用于长距离传输的平衡传输线。相对于采用同轴电缆的单端信号，采用平衡传输线的差分信号受到的噪声和串扰更小，可使用更低的电压，成本效益更高。因此，巴伦可用作本地视频、音频和数字信号与长距离传输线之间的接口。其用途包括：

1、无线电和基带视频

2、雷达、发射机、卫星

3、电话网络、无线网络调制解调器/路由器

三、Balun的历史

1939年，它首次在文献中被记录，作为一种为帝国大厦的电视发射天线供电的装置。从那时起，巴伦的设计和应用经历了巨大的发展，从驱动差分天线扩展到包括平衡混频器、放大器和各种类型的信号线。在低频音频、视频和天线驱动应用中，balun长期以来一直无处不在。对高速、低噪声数据传输的需求推动了巴伦向更高频率和卓越性能的发展。

如图1，当我们设置 Z1 和 Z2 相等时（即对称的负载结构），我们希望 电压V1 和 V2 的模相等且方向相反。在虚线框中，当对称时（Z1=Z2），其电压为0V。

如图2，显示了与不平衡侧负载的等效情况。当V1和V2处于共模时，Z没有激励，但当V1和V2处于差模时，负载Z被完全激励。

图 3 Balun在SIDesigner中的模型器件图标

其中 d 代表差模接口，c 代表共模接口。

其相互作用关系如下：

vd =（v + )  -（v - )

vc =（v + + v - ) / 2

id = - （ i +  - i  - ）/ 2

ic = - （ i +  + i  - ）

四、Balun在SIDesigner的仿真实例

图 4 Balun在SIDesigner的仿真实例（4：1 balun）

仿真完成后，SIDesigner支持通过波形显示器查看仿真结果：

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