各類微波器件的巴倫設計

在混頻器，push-pull放大器設計中，常常用巴倫連接平衡電路和不平衡電路。巴倫設計要求有精準的180°相移，有最小的差損以及相等平衡的阻抗。在功率放大器中對稱差損將降低效率，對稱平衡端口必須和地之間有良好的隔離以消除寄生震蕩。巴倫的基本結構包含兩條90°相移線產生需要的180°相移，這就涉及到了λ/4 和λ/2。一個繞線變壓器將提供一個優異的巴倫。從幾KHz到超過2GHz的小型繞線變壓器都可以買到。

繞線變壓器相對于印刷巴倫或者集總器件巴倫要貴很多，在實際混頻器設計中后兩種巴倫形式也更為適合。值得注意的是大多數集總器件和印刷巴倫并沒有中心引線的地這種情況在混頻器設計中要考慮到。

（1）L-C巴倫
LC巴倫設計本質上是一個電橋，稱為“格子形式”巴倫。電路中包含兩個電容兩個電感，分別產生± 90°相移。下面圖1中是LC巴倫的電路示意圖。

圖1 LC集總器件巴倫電路原理圖

在工作頻率時，滿足

設計LC巴倫時要確保工作頻率遠遠低于電容電感的自身諧振頻率，并考慮貼片電容。上述電路主要用在推挽放大器的輸出端，推挽功放提供平衡信號我們希望變成不平衡的信號輸出。通常還用到螺旋繞線形式的巴倫，在圖2中給出。

圖2 用于推挽式功法輸出端的繞線巴倫提供平衡不平衡轉換

然而，用之前表述的集總器件巴倫實現芯片級的繞線巴倫更為方便，如圖3所示。

圖3 集總器件代替繞線變壓器實現平衡不平衡轉換

（2）傳輸線

傳輸線巴倫可以通過λ/4傳輸線實現或者圖4中所示的同軸線實現。
（a）1:1同軸巴倫

圖4 四分之一波長同軸線實現的同軸巴倫，1:1阻抗傳輸

如果需要阻抗變換為1:4，可以用圖5中所示巴倫形式
（b）1:4同軸巴倫

圖5 四分之一波長實現的同軸巴倫，實現1:4阻抗變換

（3）微帶線

微帶印刷巴倫有很多種形式，優勢是價格低廉，可以印刷在pcb板上或者微波集成電路介質板上。另一方面微帶巴倫尺寸相當大，尤其是在低頻RF頻段。小的耦合線常用在微波頻段帶寬可以達到10-20%。

最簡單的印刷式巴倫是耦合線巴倫，也稱作平行線巴倫，如圖6所示。用中心頻率的四分之一波長微帶線構成，帶寬可以達到一個倍頻，提供足夠高的微帶線之間的耦合。實際中圖6中的單邊耦合巴倫并不常用。
 

圖6 單一耦合線巴倫

圖7 多線耦合巴倫

更實際的情況是用圖7中的多耦合微帶線，或者圖8中多層介質板以得到寬帶耦合拓撲結構。寬帶巴倫通常涉及到平行的平面巴倫。

圖8 寬帶耦合結構耦合線巴倫

平行雙線巴倫的一種改進版是印刷的“Marchand巴倫”。這種巴倫源于同軸巴倫，1944由Nathan Marchand提出。在圖9中給出了印刷形式的Marchand巴倫最簡單的形式。

圖9 印刷Marchand 巴倫

最后，我們可以用微帶線技術實現LC形式的巴倫。將電容電感量用微帶線來表示（圖10）。

圖10 用微帶線等效電容電感的LC巴倫