巴伦（英语为 balun）为一种三端口器件，取自balanced和unbalanced英文前缀，巴伦是基于变压器的应用，用于平衡和不平衡器的转换，平衡端跨接信号，不平衡端有一端接地。巴伦能够输出等幅反相信号，可实现阻抗变换用于阻抗匹配，用于手机和数据传输网络等现代通信系统。
在了解巴伦原理之前让我们回顾一下学生时代物理压器的基础知识。
变压器等效电路
上图为变压器初级线圈、次级线圈示意图。根据法拉第电磁感应定律公式E＝nΔΦ/Δt(n为线圈匝数)，可以看出产生感应电流的条件是闭合回路下磁通量发生变化，感应电动势的大小取决于磁通量变化的快慢和线圈匝数n。我们可以通过变压器方程表示初级、次级变换关系，即输出电压等于输入电压乘以匝数比N，输出电流为输入电流除以N，输出阻抗为输入阻抗乘以匝数比的平方，即：
n=N2/N1
V2=nV1
I2=I1/n
Z2=n2Z1
巴伦分类
1、变压器式巴伦
变压器巴伦示意图
变压器式巴伦适用于大功率电路，一般通过在磁芯绕双绞线实现。巴伦输入端的一端接信号源电阻Rs，另一端接地，两端与地之间具有不同的阻抗，是不平衡端口。巴伦的两个输出端口，端口２、３两端都不接地，对地具有高阻抗，因此这两个端口是平衡端口。将两个平衡端口与地之间接有的负载电阻都设为RL时，它们电压大小相等并且电势相反，即：
V2/V3=-1
RIN=(1/n2)(2RL)
2、集总参数巴伦
集总参数巴伦一般通过L、C实现，MINI CIRCUITS公司提供了丰富的LC拓扑形式的巴伦如下图所示，具体可参照其官网产品。其中拓扑S的基本思路是利用高通单元和低通单元结构分别呈现电容性与电感性，通过适当的并联措施，得到两个输出端口的相位反向特性。其实现结构简单，但L、C受频率影响较大，带宽较窄。
MINI CIRCUITS公司巴伦种类
3、分布参数巴伦
经典Marchand Balun示意图
典型的 Marchand 巴伦是一种同轴式的腔体结构，每段传输线的长度为四分之一波长。后发展成为微带结构 Marchand 巴伦，如图 1 所示，每一段传输线的长度都为λ/4，即电长度θ=90°。信号从平衡端口 Port2 和 Port3 输入，到不平衡端口 Port1 输出。或者从不平衡端口 Port1 输入，到平衡端口Port2 和 Port3 输出。
与之类似利用λ/4传输线的还有环行电桥结构，如下图所示。环行电桥比分支线电桥带宽较宽，带宽受3/4λ限制，巴伦结构由1/4λ和3/4λ组成，信号从P1输入，P2和P4相位差180°，P3为隔离端。耦合线巴伦使用最低截止频率1~2GHz。
传统环行巴伦结构示意图
为了拓展微带结构巴伦的使用带宽，我们可以利用渐变线原理，例如超宽带Ｖialdi天线，其输入端为微带馈电的不平衡端，天线的辐射口为平衡端。
Vialdi天线巴伦
通常巴伦关键指标与功分器类似，包括带宽、中心频率、插入损耗、回波损耗、幅度和相位不平衡度，用于器件选型时参考。
巴伦应用
以上我们列举了种类丰富多样的巴伦结构，那在实际电路中有什么应用呢。巴伦的应用都是基于其能提供两路差分信号以及能够实现阻抗变换。其作用总结如下：
1、 阻抗匹配实现器件间最大功率传输
2.、升压或者降压
3、隔直流通交流
4、用于平衡及不平衡电路之间的接口，例如推挽放大器，混频器
5、 平衡结构中的共模抑制
以推挽放大器和双平衡混频器结构为例，解释巴伦为何能抑制偶次谐波，改善IP2性能。
推挽放大器
双平衡混频器
双平衡混频器由两组二极管及一对巴伦组成，是最基本的混频器结构形式。当Loin送入正半周信号时，如果把Loin的正半周看成＋1，那么，IFout＝＋1×RFin＝RFin；当Loin送入负半周，如果把Loin的负半周看成－1，那么，IFout＝-1×RFin＝－RFin,因此，可以把双平衡混频器看作IFout＝Loin×RFin，其中Loin＝＋1 或 —1的乘法器。采用巴伦可以阻隔直流信号，改善本振泄露，同时，差分信号的应用可不必使用滤波器即能抑制偶次谐波，提高共模信号的抑制。
总结：巴伦形式多样，磁芯绕制、LC形式、微带平面形式、立体的魔T等都可以作为巴伦，实际使用中我们要根据带宽、频率、应用电路（共模抑制电路、ADC电路、移相电路、混频电路...）等需求灵活使用，发挥其性能。
