平衡 - 不平衡收縮（平衡 - 不平衡的收縮）是一個雙端口組件，當差分平衡RF功能塊必須連接到單端接地參考時，放置在源和負載之間。雖然它在RF討論中經常被“掩蓋”，因為它沒有為RF信號鏈增加明顯的價值，但這種無源元件在常見情況下是必不可少的。

例如，當單端功率放大器（PA）驅動偶極天線元件（平衡負載）或鞭狀天線（單端）饋入差分前端時需要它放大器。您可能熟悉用于將廣播電視的屋頂，無線300Ω偶極天線連接到75Ω同軸電纜的大眾市場低成本平衡 - 不平衡變壓器，然后連接到電視機本身（一些較舊的電視假設偶極天線位于電視上，因此只有一對300Ω平衡螺絲端子輸入，在這種情況下需要另一個平衡 - 不平衡轉換器來實現從同軸電纜到電視輸入的反向轉換。

然而，對平衡 - 不平衡轉換器的需求超越了電視及其天線：近年來，RF IC越來越多地將差分配置用于其內部拓撲結構，因為這樣可以提高噪聲抗擾度并提高整體RF性能，并且由于IC設計的性質，成本非常低。

Baluns不是新的，甚至是相對較新的組件。從無線電話的早期開始就使用它們來解決單端/平衡困境。現在，便攜式，手持式和物聯網應用的增長意味著對微型，相對低功率的平衡 - 不平衡轉換器的需求巨大。這些可以使用類似于用于帶通濾波器，定向耦合器和SAW型振蕩器的基于陶瓷的制造來構造。

巴倫參數，拓撲和構造

幾乎所有射頻巴倫的設計都基于變壓器，具有諷刺意味的是，它是電動工具箱中最古老的部件之一。與用于向上或向下升壓電壓的傳統變壓器（變壓器的歷史作用）不同，類似變壓器的平衡 - 不平衡變壓器用于拓撲變換和信號路徑隔離。平衡 - 不平衡變換器必須充當RF傳輸線，并且通常需要比變壓器需要更寬的帶寬和更好的帶寬信號處理特性。

構建平衡 - 不平衡變換器的最明顯方法是采用雙繞組變壓器設計（圖1），一側接地，另一側浮動（差分）。平衡 - 不平衡轉換器沒有標識的“輸入”和“輸出”端口，但可以任意一種方式使用;換句話說，相同的平衡 - 不平衡變換器組件可用于單端到平衡變換以及相反的變換。

圖1：最簡單的巴倫配置之一是使用兼容RF的變壓器構建的;平衡側的中心抽頭是可選的，通常不需要。

當使用類似變壓器的繞組構建平衡 - 不平衡轉換器時，它還可以通過選擇適當的初級/來提供電阻性的源 - 負載阻抗匹配。次級匝數比，使用眾所周知的公式：

這允許單個組件提供兩個角色，從而降低成本，占地面積和BOM。

像變壓器一樣，baluns乍一看似乎是簡單的組件，但實際上并不簡單。 Baluns具有重要的頂級RF參數，包括頻率范圍，帶寬，插入損耗，幅度不平衡，相位不平衡，線性度，失真，額定功率，尺寸和成本。 （這些具有無源組件的標準定義，因此這里不需要經過它們。）請注意，一些供應商指定-1 dB點的帶寬以及更常見的-3 dB點;在更嚴格的1 dB帶寬內使用平衡 - 不平衡轉換器將帶來更好的性能，更低的失真和更好的線性度。

盡管基本平衡 - 不平衡轉換器具有類似變壓器的簡單拓撲結構，但許多其他設計和配置都是可行的并且在實踐中使用，這取決于操作參數優先級，頻率和帶寬，功率級別，可用組件和成本。請注意，除了接地/浮動轉換之外，并非所有應用都需要電流隔離;一些平衡 - 不平衡變換器用于提供轉換而不是隔離;一個基本的非隔離型有點類似于AC線自耦變壓器（圖2）。

圖2：非隔離平衡 - 不平衡變壓器可以是使用單個繞組構建，帶有接地中心抽頭;原理圖類似于用于調整交流電源線設置的自耦變壓器，但設計必須具有射頻規范。

與大多數性能參數一樣，選擇巴倫時必須進行權衡和妥協。 。對于諸如IoT單元和單頻帶智能手機之類的設備，所需的操作頻率占據相對窄的頻帶，通常僅為標稱頻率的百分之幾。這簡化了平衡 - 不平衡轉換器的設計，并允許在其他參數折衷方面具有更大的靈活性。然而，必須在分離頻帶中工作的多頻帶智能手機具有更大的平衡 - 不平衡轉換器挑戰。解決方案是要么使用多個特定波段的平衡 - 不平衡轉換器，要么使用寬帶平衡 - 不平衡轉換器，這可能會降低整個感興趣范圍內的線性度和平坦度，同時還會增加插入損耗。

單個平衡 - 不平衡變壓器通常可以在許多情況下，滿足應用程序的多個設計標準。然而，正如有時需要多級濾波器來代替更簡單的單級濾波器以平衡設計目標之間的權衡和折衷，可以在各種配置中使用多個平衡 - 不平衡變換器。圖3顯示了一個用于實現寬通帶的實現，而圖4顯示了一個平衡 - 不平衡變壓器，它被預補償以克服幅度和相位不平衡。

圖3：當單個平衡 - 不平衡變換器和簡單配置不能滿足多個設計目標時，可以在更復雜的配置中使用兩個（或更多）;這里，兩個用作寬帶A/D轉換器的變壓器耦合輸入。 （圖片由Analog Devices提供）

圖4：另一種多巴倫配置，同樣適用于寬帶A/D轉換器輸入，使用補償巴倫型變壓器與另一個巴倫串聯。

許多應用的額定功率也很低，由于損耗導致的功耗不是問題。但是，必須檢查平衡 - 不平衡變換器規范的峰值功率處理以及平均能力，特別是在信號占空比很高的情況下，例如在傳輸大塊數據時，如使用高級無線協議所做的那樣。與基于陶瓷的實施方案相比，小型線繞平衡 - 不平衡轉換器可用于處理這些稍高的功率水平，而占用面積和高度僅略微增加。

Balun示例顯示了低功耗設計的多樣性

Baluns的功率處理等級大約為數百瓦，存在嚴重的電流處理和耗散問題。它們可以由重型接線，管道或同軸電纜構成;當功率水平在幾千瓦并且頻率在幾GHz范圍內時，使用專門設計的RF波導。

低功率應用具有非常不同的物理場景。例如，M/A-COM的MABA-007159-000000是一種線繞1：1 RF傳輸線巴倫/變壓器，工作頻率范圍為4.5至3000 MHz（圖5）。它可以處理高達250 mW或30 mA。盡管其原理圖簡單（圖6），但它是一個射頻元件，因此必須通過射頻參數進行表征，包括插入損耗，輸入阻抗（古老的史密斯圓圖），相位不平衡和幅度不平衡（圖7）。盡管它采用非整體結構，但它是一種表面貼裝元件，占地面積約為3.8×3.6 mm，可與標準元件處理生產設備配合使用。

圖5：M/A-COM MABA-007159-000000使用線繞組件方法構建1：1 RF傳輸線平衡 - 不平衡變壓器/變壓器，用于4.5至3000 MHz的寬帶操作。

圖6：MABA-007159-000000的原理圖與AC線路或小信號變壓器無法區分。

圖7：盡管有簡單的原理圖，M/A-COM提供了設計人員使用這種寬帶巴倫所需的一組RF性能圖。

其他應用使用集成的單片平衡 - 不平衡轉換器，如STMicroelectronics BAL-CW1250D3，專為2400 MHz至2500 MHz WLAN應用而設計;它的尺寸僅為1.2×1.2 mm，采用5焊球倒裝芯片封裝。這款50Ω輸入巴倫專門用于匹配ST-Ericsson RFIC CW1250，CW1150，CW1260收發器的系統配置（圖8），并采用集成無源器件技術在非導電玻璃基板上制造。與M/A-COM部分一樣，供應商提供了一整套RF規范，但在這里，它們僅適用于該器件與寬帶M/A-COM器件相比更窄的帶寬（圖9）。

圖8：作為單片器件構建，窄帶STMicroelectronics BAL-CW1250D3巴倫被設計為特定ST-的BOM和接口的一部分愛立信收發器。

圖9：供應商再次提供了一套全面的RF圖，包括插入損耗，差分和單端回波損耗，振幅和相位不平衡以及二次諧波失真。