摘要：巴伦是平衡不平衡转换器的英文音译，原理是按天线理论，偶极天线属平衡型天线，而同轴电缆属不平衡传输线。文章介绍了一种用电阻和扼流圈组成的平衡与非平衡之间（以下简化为平衡/非平衡）阻抗转换器。该转换器具有制作简便、成本低廉、工作频带宽和较好的阻抗转性能等优点。
关键词：变压器；巴伦
前言
采用变压器工作模式来实现平衡与非平衡之间和阻抗转换，其原理是：用变压的次级线圈悬空的方法将非平衡信号转换成平衡信号，用改变初、次线圈匝数比的方法使初、次阻抗达到匹配（见图1）。后者是采用自耦变压加扼流圈工作模式实现平衡非平衡和阻抗转换的。其原理是：用扼流圈将非平衡的地线与次级线圈交流隔离，使次级变成平衡信号，用改变初级线圈、次级线圈所跨接的线圈匝数来实现初次级间的阻抗匹配（见图2）。
上面两种转换器对磁芯的高频特性要求很高，其中还焊接了在原理图中未标出的半可调补偿电容。因此，制作工艺很复杂，生产成本很高。下面介绍一种工作频率超过300Mz的用电阻和扼流圈组成的平衡非平衡阻抗转换器。
1、电路图和工作原理
图3所示是用电阻和扼流圈组成的50Ω与100Ω相转换的平衡非平衡阻抗转换器的原理图。
图中的电阻值选成 。工作时，此电路左边与网络分析仪的内阻为50Ω的IOUT扫频信号源联接，右边与带有100Ω负载电阻的网络变压器联接。图中的扼流圈（COKE）将检测仪器的地线与右边输出端的点2交流隔离，使得输出信号变成平衡信号。对于被传送的信号来讲，扼流圈可近似地用两根短路线代替。因为流过扼流圈上、下两组线圈两个电流的大小相等方向相反，它们在磁环内引起的磁通量变化互相抵消了。
按图3所示方法接入两个0．5Rl和两个0．5R2电阻后，在点1，2之间接上100Ω的情况下，从左边内阻为50Ω的信号源向右看去，右边电路的等效电阻为50Ω，因而实现了信号源内阻与负载电阻之间的匹配。
在左边接上50tΩ负载电阻，右边的点1，2之间接内阻为100Ω信号源的情况下，从右边向左看，右边电路的等效电阻为100Ω，因而信号源内阻与负载电阻之间也处在良好的阻抗匹配状态下。
2、实际制作与测量
2.1制作
成品变压器式巴伦一般是由粗导线在磁环上绕制而成的。制作时需要注意以下几点：
（1）所用磁环的导磁率一般在100左右，磁芯的截面要足够大，临界场要高于入射的射频场，并且工作频率要低于或远低于截至频率，从而避免出现大功率饱和；
（2）绕制磁环的导线需要和功率相配，不能太细，外皮绝缘并且能承受较高的电压；
（3）导线要绞合很紧再绕，因为绞合得越紧，线圈导线之间的寄生电容耦合越好，从而可以减弱磁芯的磁滞效应，并且可以在发射时有效减少变压器漏感，提高发射效率；（4）绕的时候注意避免划伤绝缘外皮而导致短路；
（4）绕的圈数需要反复调整，因为圈数越多，变压器磁环的磁通密度越小，磁环的热损耗就越小，同时不会饱和，但是线圈间的寄生电容会增大，这会使高频特性变差，圈数少则相反，所以需要掌握平衡。
2.2测量
变压器式巴伦制作完成后，需要通过测量其一系列指标，才能投入使用。巴伦比较重要的指标有：
（1）插入损耗
在网络分析仪出现之前，是通过把两个巴伦变压器直接连接，来一起测量插入损耗的。单个变压器的插入损耗就是把测量结果除以二。通常次级端口的阻抗不是50Ψ，阻抗变换对于精确测量非常重要。一个做法是在次级端接一个电阻式匹配元件。使用这种方法测量从初级同名端到次级同名端以及从初级同名端到次级异名端的插入损耗（实际中还需要减去匹配元件的损耗以及理论上分路的3dB损耗）。这两种损耗的平均值被定为插入损耗。另一种做法比较方便，就是使用例如Agilent的PNA系列网络分析仪，它们提供了阻抗变换和端口扩展功能，所以无需端接电阻式匹配元件，可以直接在用户自定义的输入和输出阻抗的情况下测量。
（2）幅度和相位的不平衡度
一个理想的巴伦变压器，理论上在次级的两个平衡端口的输出电压应该是幅度完全一致，相位相反的。实际的变压器却总是有差别的，即幅度不平衡（用dB描述）和相位偏离（用度描述）。上一段提到了两种插入损耗（从初级同名端到次级同名端以及从初级同名端到次级异名端），这两种损耗的dB差值就被定义为幅度不平衡度。次级的两个端口相位偏离180°的角度值被定义为相位不平衡度。也就是说，可以通过测量插入损耗来得到巴伦变压器的幅度相位不平衡度。
3、结束语
综上所述，研究的平衡与非平衡之间的阻抗转换器具有制作简便、成本低廉、工作频带宽和较好的阻抗转换性能等优点，当前，已经有越来越多的公司开始应用这种模式的转换器。
参考文献：
[1]叶进，曹向东，王世来，国爽，薛年喜.大功率短波多程式转动天线[J].广播与电视技术，2016，S1：140-144.
[2]田曙光.短波广播发射机平衡转换器工程实现原理[J].科技视界，2016，15：113-114.
论文作者:李沛,苏晓敏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/8/8
标签：阻抗论文; 变压器论文; 次级论文; 转换器论文; 电阻论文; 相位论文; 测量论文; 《电力设备》2017年第10期论文;