传输线平衡器（巴伦）的原理、设计、制作实例

一、平衡器（巴伦）的由来

平衡器即Balancing Device，其主要作用是完成由单端传输（如：同轴线、微带线等）变换为差分传输（如：半波振子天线，推挽电路等）之间的变换，又称为平衡-不平衡变换器即Balance-Unbalance，英文将其合并缩写成一个新词Balun，音译为巴伦。以下文中所提到的平衡器、平衡-不平衡变换器、巴伦，都是指这一类器件。

巴伦在无线电中有着广泛的用途，由于其原理结构多种多样，并且可以互相组合，使得许多朋友在自制巴伦时有无从下手的感觉，哪种结构适合？如何选择材料？如何计算制作参数？如何衡量巴伦的性能？对于我们业余爱好者，主要就是用在天线的馈电和高频功放中，完成平衡-不平衡及阻抗变换的作用，工作在短波1.8MHZ~30MHZ，并要求取材和制作容易。结合我对巴伦的认识理解，认为传输线结构的巴伦，更适合短波通信，其性能好、取材方便、制作容易，但其理论不易理解，造成很多朋友将其搞成了磁耦合变压器结构，出现频带窄、功率容量小、驻波不平坦的问题，结果当然达不到传输线变换器的效果。下面就我个人对传输线变换器的粗浅理解，简单描述一下做巴伦的情况，如需要更深入的了解可以参考有关文献资料，有不当之处，还请各位前辈指正，谢谢！

二、传输线平衡器（巴伦）的简单原理

平衡器有很多种，按平衡条件可以分为四大类：扼流式（扼制不平衡电流）、对称式（对地阻抗平衡）、倒相式（电压倒相）、磁耦合式（电流共扼）。我这里主要描述一下基于传输线变换器的平衡-不平衡变换，同时具备阻抗变换作用的巴伦，兼有扼流式和磁耦合式的特征。

传输线变换器的结构如上图，它是在高频磁环上缠绕一组或几组传输线，利用不同的连接方法来完成阻抗变换和平衡-不平衡变换作用。能量从变换器的始端到终端是通过传输线的分布电容、分布电感以及电磁能量交换的形式来传送的，这和通常的绕匝变压器不同，它克服了绕匝变压器在高频时由于线圈的分布电容所带来的不利影响，改善了高频特性。此外，每对传输线的两导线电流的幅度相等方向相反，因而他们在磁芯中产生的磁通相互抵消，这样磁芯的损耗很小，即使磁芯截面积很小，也具有较大的功率容量。所以，它具有频带宽、体积小、功率容量大等优点，

传输线变换器在低频端可以等效为传统的低频变换器，其低频响应的恶化是由于传输线两导体之间由于磁化电感引起的并联电纳，它决定了变换器的最低工作频率。

在高频端它是具有一定特征阻抗的传输线，为避免产生任何谐振现象，特别是对于复数负载，它会引起实质上的幅度波动增加，传输线的长度不超过上限频率波长的八分之一，过短低频特性会变差。

为了选择用于RF变换的磁芯，需要知道磁芯的饱和磁通和它的非线性特性，按最低工作频率的最大功率计算最大磁通密度。

既然是用传输线变换器做平衡-不平衡变换，那么在平衡端含有的不平衡分量的多少，就是平衡-不平衡变换的重要指标，可以用类似电路中的共模信号和差模信号来描述不平衡信号和平衡信号，那就可以用共模抑制比来描述这个指标了，我觉得也可以称做不平衡抑制。它即受阻抗变换比例的影响，也受共模电感量的影响。

三、传输线平衡器（巴伦）计算软件的使用

基于前述原理，可以给出若干相关的计算公式，但计算是一个试算-调整参数-再算-再调整，反反复复多次寻找最适合结果的过程，同时对磁芯的各项参数都要熟悉，因此，我结合自己对传输线变换器的理解和巴伦的特点以及对磁芯的了解，试写了一个用于计算传输线巴伦的小软件，希望能解决手工计算的麻烦。

软件运行后出现如图窗口，请输入所设计的传输线巴伦的最高工作频率、最低工作频率、最大功率并选择一款磁环和试绕匝数，磁环编号中前两位数字是磁环的外径后两位代表不同性能的磁材，第一次计算可以随便选择一个，试绕匝数也可以随便写个整数，如10，然后点击"计算"按钮，右下角会根据计算的结果给出需要调整的参数，调整后继续计算，直到获得满意的结果，如果始终不能获得有意义的结果，则可能是频率覆盖范围太宽，或功率太大，适当降低一些在试试。 

另外请注意，本软件在计算最大磁通时是按最差情况估算的，实际承受的功率要高的多，共模抑制是按不小于20db计算的，即不平衡功率<1%，这两项约束条件体现在共模阻抗和最大磁通，可以根据自己的需要选择，而不必理会给出的建议，但若不知道如何选择，还是按建议调整计算为好。插损、驻波和带宽与穿绕匝数和线径有一定影响，需要在实际试制中加以考虑。还有就是只能以我提供的磁环进行计算，其他磁环没有