射频电路中巴伦的作用
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同轴巴伦原理
同轴巴伦原理(Coaxial Balun Principle)是指一种电气设备,
用于将同轴电缆上的平衡信号转换为非平衡信号,或者将非平衡信号转换为平衡信号。
同轴电缆是一根有内部导体、绝缘层和外部屏蔽层组成的电缆。
平衡信号是指两个导体之间的电流相等而方向相反,非平衡信号则是指只有一个导体传递电流。
平衡信号在一些应用中具有抗干扰能力较强的优势。
巴伦(Balun)是一种装置,可以将信号从一个电路传输到另
一个电路,同时保持电路之间的平衡性。
同轴巴伦原理利用巴伦将信号从同轴电缆的平衡传输模式转换为非平衡传输模式,或者从非平衡传输模式转换为平衡传输模式。
这样可以实现信号在不同电路之间的传输。
同轴巴伦原理在无线通信、射频技术领域广泛应用。
它可以在天线、收发器、滤波器等设备之间实现平衡信号和非平衡信号的转换,提高信号质量和传输效率。
几种常用的巴伦作者 80186Mail zhangyaofu@本文链接:/bbs/thread-24430-1-1.html 一、前言巴伦的作用:巴伦也叫平衡不平衡转换器,部分巴伦有阻抗变换作用。
通常用在对称振子与同轴电缆连接。
二、巴伦的种类:我知道的有3种,变压器型、1/2波长倒相型和1/4短路型。
(名字我随便叫的)1、变压器型巴伦。
可分为1比1型和1:4型等。
1比1型巴伦只有平衡不平衡转换的功能、1比4型巴伦除了平衡不平衡转换的功能外还可以进行阻抗变换(1变4、4变1)变压器型巴伦的材料与工作频率有关。
低频段采用泊美合金铁芯、米波段建议用铁氧体磁环(到有线电视分配器拆)、分米波段建议空心电感。
图1.1左边位1:1型(300进300出同理50进50出)、右边为1:4型(300进75出同理50进12.5出)。
由于分布参数影响在WIFI频段用得很少。
图1.2是一种简化的1:1型巴伦,其实就是一个用馈线绕3到5圈的空心电感器。
由于电感器的阻抗较大对外导体的反响电流起到阻碍作用。
左边为J型天线的实际电路图。
由于结构简单在高频段得到广泛使用。
2、1/2波长U型环巴伦电缆长度=0.5*电缆的缩短系数*波长,根据电缆不同电缆的缩短系数是不同的使用的是聚乙烯介质(内导体介质)电缆缩短系数为0.66,如果是发泡电缆缩短系数可能是0.8到0.9了(这就是为什么论坛中的尺寸有30.5、40等)。
可能的话用仪器测一下、查一下手册。
有一种进口的空心电缆它的缩短系数就为1了。
U型环有4:1的阻抗变换作用也就是300进入75出。
几年前在米波电视接收天线中广泛使用。
建议在WIFI频段不用它,理由:①、我们不需要4:1的阻抗变换作用,以论坛在高烧的双菱天线和多单元八木天线来看,单菱天线阻抗110欧姆,双菱为110/2=55欧姆,加反射板和引向器阻抗肯定要降低,你看如果还除以4是什么结果;八木情况会好一点,折合振子阻抗为300欧姆,加反射器和很多的引向器阻抗早就降下来了,也不适合除以4了。
射频电路设计理论及应用题集一、选择题1. 以下关于射频信号特点的描述,错误的是()A. 射频信号具有较高的频率,通常在几百kHz到几十GHz范围内B. 射频信号在传输过程中容易受到衰减和干扰C. 射频信号的波长较长,因此其传播特性与低频信号相似D. 射频信号的能量在空间中以电磁波的形式传播答案:C2. 在射频电路中,常用的单位dBm表示()A. 功率的绝对值B. 功率的相对值,相对于1mW的功率C. 电压的绝对值D. 电压的相对值,相对于1mV的电压答案:B3. 射频传输线的特性阻抗主要取决于()A. 传输线的长度B. 传输线的材料C. 传输线的几何形状和填充介质D. 传输线上传输的信号频率答案:C4. 以下哪种射频滤波器在通带内具有最平坦的频率响应?()A. 巴特沃斯滤波器B. 切比雪夫滤波器C. 椭圆滤波器D. 贝塞尔滤波器答案:A5. 射频放大器的增益通常用以下哪种方式表示?()A. 电压增益B. 电流增益C. 功率增益D. 以上都是答案:D6. 射频电路中的噪声主要来源不包括()A. 电阻热噪声B. 晶体管散粒噪声C. 电源噪声D. 光噪声答案:D7. 对于射频混频器,以下描述正确的是()A. 实现信号的频率上变频和下变频B. 只用于将高频信号转换为低频信号C. 输入和输出信号的频率相同D. 不会引入额外的噪声答案:A8. 以下哪种射频振荡器具有较好的频率稳定性?()A. 考毕兹振荡器B. 克拉泼振荡器C. 晶体振荡器D. 哈特莱振荡器答案:C9. 射频系统中的阻抗匹配的目的是()A. 最大化信号传输功率B. 减小信号反射C. 提高系统效率D. 以上都是答案:D10. 在射频电路设计中,史密斯圆图主要用于()A. 计算电路的增益B. 分析电路的噪声性能C. 进行阻抗匹配D. 设计滤波器答案:C11. 以下哪种射频天线具有较宽的带宽?()A. 偶极子天线B. 微带天线C. 喇叭天线D. 对数周期天线答案:D12. 射频信号的波长与频率的关系是()A. 波长等于频率除以光速B. 波长等于光速乘以频率C. 波长等于光速除以频率D. 波长与频率无关答案:C13. 射频收发机中的低噪声放大器通常位于()A. 接收链路的前端B. 接收链路的后端C. 发射链路的前端D. 发射链路的后端答案:A14. 以下哪种因素会导致射频信号的衰减?()A. 自由空间传播损耗B. 障碍物阻挡C. 大气吸收D. 以上都是答案:D15. 射频功率放大器的效率主要取决于()A. 工作电压B. 工作电流C. 工作频率D. 输出功率和输入功率的比值答案:D16. 对于射频开关,以下性能指标最重要的是()A. 插入损耗B. 隔离度C. 开关速度D. 以上都是答案:D17. 以下哪种射频调制方式具有较高的频谱效率?()A. 幅度调制(AM)B. 频率调制(FM)C. 相位调制(PM)D. 正交幅度调制(QAM)答案:D18. 射频电路中的寄生电容和电感主要来源于()A. 元器件的物理结构B. 电路布线C. 电路板的材料D. 以上都是答案:D19. 以下关于射频集成电路(RFIC)的优点,错误的是()A. 尺寸小B. 成本低C. 性能高D. 设计难度小答案:D20. 射频系统中的S参数,S21表示()A. 输入端口的反射系数B. 输出端口的反射系数C. 正向传输系数D. 反向传输系数答案:C21. 以下关于射频功率分配器的描述,错误的是()A. 用于将输入功率等分为多个输出端口的功率B. 常见的有威尔金森功率分配器和定向耦合器型功率分配器C. 其性能主要取决于插入损耗和隔离度D. 不会对输入信号的频率和相位产生影响答案:D22. 在射频低通滤波器的设计中,以下哪种结构常用于实现陡峭的截止特性?()A. 集总参数元件构成的滤波器B. 微带线结构的滤波器C. 声表面波滤波器D. 腔体滤波器答案:D23. 射频压控振荡器(VCO)的输出频率通常由以下哪个因素控制?()A. 输入电压的幅度B. 输入电压的频率C. 输入电压的相位D. 输入电压的直流偏置答案:A24. 对于射频混频器,以下哪种非线性特性是其实现频率变换的关键?()A. 乘法特性B. 平方律特性C. 指数特性D. 对数特性答案:A25. 以下哪种射频放大器具有较高的输出功率和效率,但线性度较差?()A. A 类放大器B. B 类放大器C. C 类放大器D. D 类放大器答案:C26. 射频环形器的主要作用是()A. 实现信号的单向传输,提高系统的隔离度B. 对输入信号进行滤波和放大C. 改变输入信号的频率和相位D. 分配输入信号的功率到多个输出端口答案:A27. 以下关于射频衰减器的描述,正确的是()A. 用于增大输入信号的功率B. 可以通过改变电阻值来调节衰减量C. 对输入信号的频率和相位没有影响D. 以上都是答案:C28. 射频带通滤波器的中心频率和带宽主要由以下哪些元件决定?()A. 电感和电容B. 电阻和电容C. 电感和电阻D. 晶体管和电容答案:A29. 射频锁相环(PLL)中,相位比较器的作用是()A. 比较输入信号和反馈信号的相位差,并产生误差电压B. 放大输入信号的功率C. 对输入信号进行滤波D. 产生稳定的参考频率答案:A30. 以下哪种射频组件常用于实现阻抗匹配和功率分配的功能?()A. 巴伦(Balun)B. 功分器(Power Divider)C. 耦合器(Coupler)D. 以上都是答案:D31. 射频开关二极管在导通状态下,其电阻值通常为()A. 几欧姆到几十欧姆B. 几百欧姆到几千欧姆C. 几兆欧姆到几十兆欧姆D. 无穷大答案:A32. 对于射频滤波器的品质因数(Q 值),以下描述正确的是()A. Q 值越高,滤波器的选择性越好,但带宽越窄B. Q 值越低,滤波器的选择性越好,但带宽越窄C. Q 值与滤波器的选择性和带宽无关D. Q 值只影响滤波器的插入损耗答案:A33. 以下哪种射频放大器的结构适合在高频下工作,并具有较好的噪声性能?()A. 共发射极放大器B. 共基极放大器C. 共集电极放大器D. 差分放大器答案:B34. 射频电感器在高频下,其电感值通常会()A. 增大B. 减小C. 保持不变D. 先增大后减小答案:B35. 以下关于射频电容器的描述,错误的是()A. 在高频下,其电容值可能会偏离标称值B. 寄生电感会影响其在高频下的性能C. 通常使用陶瓷电容和云母电容在射频电路中D. 其耐压值在射频电路中不是重要参数答案:D36. 射频放大器的稳定性主要取决于()A. 输入输出阻抗B. 晶体管的参数和电路结构C. 电源电压和电流D. 工作温度和湿度答案:B37. 以下哪种射频组件常用于检测输入信号的功率大小?()A. 功率探测器(Power Detector)B. 低噪声放大器(LNA)C. 混频器(Mixer)D. 压控振荡器(VCO)答案:A38. 射频集成电路中的电感通常采用以下哪种实现方式?()A. 螺旋电感B. 片上变压器C. 金属氧化物半导体电感D. 以上都是答案:D39. 对于射频滤波器的插入损耗,以下描述正确的是()A. 插入损耗越小,滤波器性能越好B. 插入损耗与滤波器的带宽成正比C. 插入损耗只与滤波器的结构有关,与工作频率无关D. 插入损耗是指输入信号功率与输出信号功率的差值答案:A40. 以下哪种射频组件常用于实现信号的上变频和下变频功能?()A. 乘法器(Multiplier)B. 除法器(Divider)C. 加法器(Adder)D. 减法器(Subtractor)答案:A41. 以下关于射频双工器的描述,错误的是()A. 用于实现收发信号的同时工作B. 通常由滤波器和开关组成C. 对收发信号的隔离度要求不高D. 能有效避免收发信号之间的干扰答案:C42. 射频PIN二极管在射频电路中的主要作用不包括()A. 作为开关控制信号的通断B. 用于衰减器调整信号强度C. 构成放大器放大信号D. 进行相位调制答案:D43. 在射频放大器的设计中,为了提高线性度,可以采用()A. 负反馈技术B. 增加工作电流C. 提高工作电压D. 减少晶体管数量答案:A44. 以下哪种射频组件常用于实现不同频段信号的分离?()A. 分频器B. 合路器C. 滤波器组D. 以上都是答案:D45. 射频放大器中的增益压缩现象主要是由于()A. 输入信号过大B. 电源电压不稳定C. 晶体管的非线性特性D. 负载阻抗不匹配答案:C46. 对于射频限幅器,以下描述正确的是()A. 限制输入信号的功率在一定范围内B. 只对大信号进行限幅,小信号不受影响C. 不会引入额外的噪声D. 对信号的频率和相位没有影响答案:A47. 射频匹配网络的设计目标通常不包括()A. 实现最大功率传输B. 减小反射系数C. 增加噪声系数D. 优化电路的稳定性答案:C48. 以下哪种射频组件常用于提高信号的纯度和稳定性?()A. 锁相放大器B. 预放大器C. 选频放大器D. 以上都是答案:D49. 射频隔离器与环形器的主要区别在于()A. 隔离器是单向传输,环形器是多向传输B. 隔离器的插入损耗更低C. 环形器的工作频率范围更广D. 隔离器能完全阻止反向信号传输答案:D50. 在射频混频器的设计中,为了减少寄生响应,通常会()A. 优化电路布局B. 选择合适的晶体管C. 采用平衡结构D. 以上都是答案:D51. 射频延迟线的主要作用是()A. 调整信号的相位B. 产生定时信号C. 延迟信号的传输D. 以上都是答案:D52. 以下关于射频放大器的噪声系数,描述错误的是()A. 噪声系数越小,放大器的噪声性能越好B. 与放大器的增益无关C. 受输入信号源内阻的影响D. 是衡量放大器内部噪声大小的重要指标答案:B53. 射频检波器通常用于()A. 从射频信号中提取调制信息B. 检测信号的频率C. 放大信号的功率D. 实现阻抗匹配答案:A54. 对于射频耦合器,以下性能指标较为重要的是()A. 耦合度和方向性B. 插入损耗和隔离度C. 带宽和中心频率D. 以上都是答案:D55. 以下哪种射频组件常用于实现频率合成?()A. 直接数字频率合成器(DDS)B. 锁相环频率合成器(PLL)C. 压控振荡器(VCO)D. 以上都是答案:D56. 射频放大器的稳定性判别方法中,常用的是()A. 波特图法B. 奈奎斯特稳定判据C. S 参数法D. 以上都是答案:D57. 以下关于射频滤波器的群延迟特性,描述正确的是()A. 反映信号通过滤波器时的相位延迟B. 群延迟越平坦,信号失真越小C. 对于线性相位滤波器,群延迟为常数D. 以上都是答案:D58. 射频放大器的1dB压缩点是指()A. 输出功率比线性增益下降1dB时的输入功率B. 输出功率比线性增益下降1dB时的输出功率C. 输入功率比线性增益下降1dB时的输入功率D. 输入功率比线性增益下降1dB时的输出功率答案:A59. 以下哪种射频组件常用于实现宽带匹配?()A. T 型匹配网络B. π型匹配网络C. 渐变线匹配D. 以上都是答案:D60. 射频放大器的三阶交调截点越高,表示()A. 线性度越好B. 增益越高C. 噪声系数越小D. 带宽越大答案:A61. 以下关于传输线特性阻抗的描述,错误的是()A. 特性阻抗是传输线的固有属性,与线的长度无关B. 它取决于传输线的几何结构和填充介质的特性C. 对于同轴线,特性阻抗只与内导体和外导体的半径比有关D. 特性阻抗的值可以随着传输信号的频率变化而大幅改变62. 在均匀传输线上,行波状态下的特点是()A. 沿线电压和电流的幅值不变B. 沿线电压和电流的相位不断变化C. 存在反射波,导致信号失真D. 传输线的输入阻抗等于特性阻抗答案:A63. 传输线的输入阻抗与以下哪个因素无关?()A. 传输线的长度B. 传输线的特性阻抗C. 终端负载阻抗D. 传输线的材料答案:D64. 对于无损耗传输线,以下描述正确的是()A. 其电阻和电导都为零B. 信号在传输过程中不会有衰减C. 特性阻抗为纯电阻D. 以上都是答案:D65. 当传输线终端短路时,其输入阻抗为()A. 零B. 无穷大D. 纯电容答案:C66. 传输线的驻波比等于()A. 最大电压与最小电压之比B. 最大电流与最小电流之比C. 输入阻抗与特性阻抗之比D. 反射系数的模答案:A67. 在传输线中,反射系数的模等于()A. 终端负载阻抗与特性阻抗的差值除以它们的和B. 终端负载阻抗与特性阻抗的和除以它们的差值C. 终端负载阻抗除以特性阻抗D. 特性阻抗除以终端负载阻抗答案:A68. 以下哪种传输线常用于高频和微波领域?()A. 双绞线B. 同轴线C. 平行双线D. 微带线答案:D69. 传输线的衰减常数主要取决于()A. 传输线的电阻和电导B. 传输线的电感和电容C. 传输线的特性阻抗D. 传输信号的频率答案:A70. 对于有损传输线,以下说法错误的是()A. 信号在传输过程中会有功率损耗B. 其特性阻抗是复数C. 输入阻抗始终等于特性阻抗D. 衰减常数不为零答案:C71. 当传输线终端开路时,沿线电压和电流的分布特点是()A. 电压和电流均为驻波B. 电压为驻波,电流为行波C. 电压为行波,电流为驻波D. 电压和电流均为行波答案:A72. 传输线的相速度是指()A. 信号在传输线上的传播速度B. 等于光速除以传输线的折射率C. 与传输线的特性阻抗有关D. 以上都是答案:D73. 在传输线的匹配中,常用的匹配方法不包括()A. 串联电感或电容B. 并联电感或电容C. 改变传输线的长度D. 增加传输线的损耗答案:D74. 以下关于传输线的色散特性,描述正确的是()A. 不同频率的信号在传输线上的传播速度不同B. 只存在于有损传输线中C. 对信号的传输没有影响D. 可以通过增加传输线的长度来消除答案:A75. 传输线的特性阻抗为50 欧姆,终端负载为100 欧姆,此时的反射系数为()A. 1/3B. -1/3C. 1/2D. -1/2答案:A76. 当传输线的长度远小于信号波长时,传输线可以近似看作()A. 集总参数电路B. 分布参数电路C. 电感元件D. 电容元件答案:A77. 以下哪种情况会导致传输线上出现严重的反射?()A. 终端负载阻抗等于特性阻抗B. 终端负载阻抗为纯电阻且远大于特性阻抗C. 终端负载阻抗为纯电阻且接近特性阻抗D. 终端负载阻抗为复数且实部等于特性阻抗答案:B78. 传输线的群速度表示()A. 多个频率分量合成信号的传播速度B. 单一频率信号的传播速度C. 信号能量的传播速度D. 以上都是答案:C79. 对于微带线,以下因素对其特性阻抗影响较大的是()A. 线宽和介质厚度B. 线长和介质材料C. 工作频率和终端负载D. 以上都是答案:A80. 传输线的输入阻抗在某一频率下呈现感性,此时可以通过()来实现匹配。
关于巴仑(Balun)2009-05-29 08:59巴仑(Balun)是英文“平衡-不平衡变换器”缩写的音译。
它的作用除了平衡-不平衡变换之外,同时还视乎巴仑的形式、结构,可以进行1:1、4:1、6:1、9:1、25:1等比值的阻抗转换。
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,若将其直接连接,则同轴电缆的外皮就有高频电流流过(按同轴电缆传输原理,高频电流应在电缆内部流动,外皮是屏蔽层,是没有电流的),这样一来,就会影响天线的辐射(可以想象成电缆的屏蔽层也参与了电波的辐射)。
因此,就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器,把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉,也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。
要达到这样的目的有很多种办法:一种是高频开路法,在电缆屏蔽层外皮四分之一波长处接一个四分之一波长的套筒(等于效四分之一波长的开路线),因四分之一波长开路线对该频率视为开路,达到截断高频电流的作用,这种办法,工作带宽窄,频率低时四分之一波长套筒就显得很长,适合大功率高频率使用。
另一种是抵消法,想办法使流入的电流大小相等方向相反而互相抵消,应用较多的用磁环三线绕的平衡不平衡转换器就属这种,这种频带较宽,使用但大功率时受磁环磁饱和的限制,适合低频率小功率使用。
再一种是变压器法,通过高频变压器实现平衡不平衡转换,原理就像推挽输出变压器一样,把双向平衡电流变换成但向不平衡电流。
变压器可采用磁心或空心绕成,适用大功率使用。
还有一种是抑制法,振子经过一高频扼流圈接电缆屏蔽层外皮,阻止高频电流流向电缆屏蔽层外皮,此法比较简单,就是把电缆绕十圈左右,绕在磁环上更好,空心也没关系,一般是频率低绕多几圈,频率高小绕几圈。
但抑制效果没有前述几种好,因此前面几种多用于专业应用,这种业余应用较多。
要记住的是我们只是截断屏蔽层外皮的高频电流,并不是截断流向屏蔽层的所有高频电流(要这样的话把振子和电缆皮断开就得了),高频电流是在屏蔽层的里面流的。
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。
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。
u形巴伦半波折合振子
U形巴伦半波折合振子是一种常见的电路元件,用于振荡电流。
在电路中,它起到信号源的作用,常用于无线电发射机和接收机等设备中。
本文将详细介绍U形巴伦半波折合振子的原理、特点及其在工程中的应用。
U形巴伦半波折合振子的工作原理是基于二极管对电流的导通与截断特性。
在正半个周期内,输入电压AC1使得二极管导通,电流从信号源直接通过;而在负半个周期内,输入电压AC2使得二极管截断,电流通过电感元件L1,从而实现电流的反向。
这种方式使得电流在振荡过程中沿着U形回路进行反复流动,形成周期性的信号波形。
U形巴伦半波折合振子具有一些特点,首先是输出信号幅值稳定。
由于电感元件L1的存在,它可以起到稳定输出信号幅值的作用。
其次,它的频率稳定性较好。
通过合理选择电感元件和电容元件,可以实现较高的频率稳定性,从而保证设备的正常工作。
此外,U形巴伦半波折合振子还具有输出功率较高、谐振回路损耗低等优点。
在工程中,U形巴伦半波折合振子有广泛的应用。
首先,它常用于无线电发射机,用于产生射频信号。
其次,它也常用于无线电接收机中,用于接收和解调射频信号。
此外,它还可以用于通信系统中的信号生成和调制等方面。
总结起来,U形巴伦半波折合振子是一种常用的电路元件,具有稳定的输出信号、较好的频率稳定性和高输出功率等优点。
在无线电通信领域和其他工程应用中,它发挥着重要的作用。
通过深入了解其工作原理和特点,我们可以更好地应用和利用U形巴伦半波折合振子,从而实现更稳定和高效的电路设计和信号传输。
射频lc巴伦原理-回复射频LC巴伦(Balun)是广泛应用于无线电通信系统中的一种电子装置。
它的主要功能是将对称信号(如平衡输出)转换为非对称信号(如单端输入),或将非对称信号转换为对称信号。
在无线电频率中,尤其是越高频率的应用中,射频LC巴伦的使用变得越来越普遍。
本文将详细解释射频LC巴伦的工作原理,并介绍其应用领域。
首先,我们需要了解什么是对称信号和非对称信号。
在电路中,对称信号是指具有相同振幅但相位相反的两个信号,它们相对地对地平衡。
而非对称信号是指仅有一个信号存在,通常与地连接,并且其振幅和相位均可变化。
射频LC巴伦的原理是利用电感和电容的组合来实现对称信号到非对称信号的转换,或者反过来。
它通常由两个电感和两个电容组成,可以分为平衡到非平衡(Balanced to Unbalanced)和非平衡到平衡(Unbalanced to Balanced)两种类型。
当射频信号传输的时候,对称信号可通过平衡输送线或平衡电缆传输,这种方法能够有效地减少信号的干扰和损耗。
然而,许多设备产生的输出信号都是非对称信号,因此需要使用射频LC巴伦将这些非对称信号转化为对称信号,以便连接到平衡传输线中。
对于平衡到非平衡的转换,射频LC巴伦的工作原理是通过电感和电容的组合来实现的。
通常,将两个电感连接在一起,形成一个共振电路。
非平衡信号通过其中一个电感进入巴伦,并通过共振电路传输。
在共振频率处,电感会产生电压增益,并将非平衡信号转化为平衡信号,然后输出到传输线中。
这样一来,射频信号就可以沿着平衡传输线传输,从而减少干扰和信号损耗。
而对于非平衡到平衡的转换,射频LC巴伦的工作原理也是类似的。
通过将两个电感和两个电容组合在一起,形成一个网络,将非平衡信号输入其中一个电感,并输出到传输线上。
这样做可以将非平衡信号转换为对称信号,并在传输线上有效地传输。
射频LC巴伦的应用领域非常广泛。
在无线电通信系统中,巴伦常被用于天线匹配,接收机和发射机之间的接口设计,以及其他无线电频率传输系统中的信号转换。
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现,若将其直接连接,则同轴电缆的外皮就有高频电流流过(按同轴电缆传输原理,高频电流应在电缆内部流动,外皮是屏蔽层,是没有电流的),这样一来,就会影响天线的辐射(可以想象成电缆的屏蔽层也参与了电波的辐射)因此,就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器,把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉,也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。
要达到这样的目的有很多种办法,一种是高频开路法,在电缆屏蔽层外皮四分之一波长处接一个四分之一波长的套筒(等于效四分之一波长的开路线),因四分之一波长开路线对该频率视为开路,达到截断高频电流的作用,这种办法,工作带宽窄,频率低时四分之一波长套筒就显得很长,适合大功率高频率使用。
另一种是抵消法,想办法使流入的电流大小相等方向相反而互相抵消,应用较多的用磁环三线绕的平衡不平衡转换器就属这种,这种频带较宽,使用但大功率时受磁环磁饱和的限制,适合低频率小功率使用。
再一种是变压器法,通过高频变压器实现平衡不平衡转换,原理就像推挽输出变压器一样,把双向平衡电流变换成但向不平衡电流。
变压器可采用磁心或空心绕成,适用大功率使用。
还有一种是抑制法,振子经过一高频扼流圈接电缆屏蔽层外皮,阻止高频电流流向电缆屏蔽层外皮,此法比较简单,就是把电缆绕十圈左右,绕在磁环上更好,空心也没关系,一般是频率低绕多几圈,频率高小绕几圈。
但抑制效果没有前述几种好,因此前面几种多用于专业应用,这种业余应用较多。
要记住的是我们只是截断屏蔽层外皮的高频电流,并不是截断流向屏蔽层的所有高频电流(要这样的话把振子和电缆皮断开就得了),高频电流是在屏蔽层的里面流的。
形象一点可以把电缆想象成水管,本来应该是水都在水管里流,如不加巴伦,水不单在水管里流,而且有一部分还流到管子的外皮。
巴伦的作用就是防止跑、冒、滴、漏,迫使水都在水管里流,难言之隐,一用了之!倒V天线的制作,一是要求架设得尽量高,二是架设的地方要尽量开阔,三是尽量远离干扰源架设。
部分,可以改善振幅和相位平衡,以此来优化该巴伦结构,如图2a所示,其原理图如图2b 所示。
图2:用"平衡"部分优化巴伦设计和仿真平衡同轴电缆使180度端口拥有与0度端口相同的对地阻抗和共振。
有了该平衡部分,两个端口便有效拥有了接地同轴护套,接地护套理论上可以制造出完美的振幅和相位平衡。
重要的是,该巴伦可实现平面结构,如图3所示。
耦合线可实现物理地侧端或末端耦合。
马卡德巴伦的布局有独立的主次之分,传输线变压器则没有。
此外,差分输出端口对DC的对称连接允许DC和IF在混频器和其他器件中回流。
设计要求本文中,我们将看到5-25GHz的平面马卡德巴伦的设计。
该设计的物理要求如下:*总长为:λ/2,其中λ为频段中最高频率的波长。
*预设长度为3575μm。
*耦合线长度为:λ/4,其中λ为频段中最高频率的波长。
*预设长度为1788μm。
*Z0e=高,尽可能将到地平面的距离设置为最大。
*Z0e=低,尽可能将到地平面的距离设置为最小。
*不平衡,单端输入端口阻抗=50?*平衡,差分输出端口阻抗=50?*输出单端端口=25?该设计中,单端S-参数为:S11=0,匹配S21,S31,S12,S13=-3dBS22,S33,S23,S32=-6dB拥有平衡输出,S-参数变为:S11,S21=0,匹配S21,S12=低损耗.使用IE3D进行EM仿真随着对高系统集成和相应的高密度封装的需求,多层结构已成为必要。
现代MMIC设计已采用了多种三维结构和布局。
电传播为纯-横电磁波(TEM)的布局可使用电路模拟器。
TEM分析仅适用于设计低频MMIC,其中带材宽度和基材厚度比波导波长小的多。
总之,EM求解器提供了一种优越的解决方案,解决方案中考虑如下因素:1.多导线传输线2.串扰效应3.激振效应4.计时误差5.集肤效应损耗6.电阻-电容时间常量效应7.断点效应8.互联效应9.包装效应Mentor Graphics的IE3D全波EM仿真解决方案在此用来模拟马卡德巴伦。
什么是巴伦及巴伦的应用在构建天馈系统的时候,老HAM经常会提到巴伦,对于一些新HAM来说,巴伦这个名词还比较陌生,下面让我们来简单介绍一下。
一、巴伦的定义和作用巴伦这个词来源于英文BALUN,正确的发音为[’baelan],按照这个发音,应该译为“贝兰”,但在国人翻译的时候,按照汉语拼音的发音方法,直接将这个词译为了“巴伦”,习惯成自然,巴伦便成了国内的通用叫法。
BALUN的英文全称是BaLanceTo Unbalance Transformer,即“平衡到不平衡变压器”。
作为电子系统中的重要组成部分,巴伦在射频、视频和音频等领域有着广泛的应用,而非仅用于无线通信领域。
巴伦的本质是一种变压器,在电路中的作用是把“与参考地相对平衡的电信号”和“与参考地相对不平衡的电信号”进行相互转换和匹配。
比如在视频领域,通过巴伦可以将不平衡的同轴电缆传输的信号转变为平衡的信号,以便使用低损耗的双绞线进行100m以上较远距离的传输。
在专业音频领域,使用音频巴伦可以将不平衡信号与平衡信号进行相互转换。
同时巴伦在各个应用领域中也常作为阻抗转换使用。
在业余无线电通信领域,巴伦在天馈系统中起着非常重要的作用,很多时候是必不可少的。
由于传输线理论、天线理论非常复杂,所以在这里只简单介绍一下现象。
现有大多数短波电台的输出是不平衡的,要用同样不平衡的同轴电缆将信号输送到天线。
同轴电缆传输信号时,因趋肤效应,信号在电缆芯线的外表面及电缆屏蔽层的内表面传输,两者电流大小相等,方向相反,所以屏蔽层可以防止信号泄漏出去,屏蔽层外表面不应该存在电流,电缆外部也不应该存在辐射。
在使用偶极天线时,两个振子被看作是平衡的,因为不平衡的同轴电缆与平衡的偶极天线连接,产生不匹配现象,原本在电缆屏蔽层内表面传输的信号除了一部分流向连接它的振子,另一部分会流向屏蔽层的外表面,这部分电流被称为共模电流。
这样在偶极天线的两个振子上的电流大小就不一致,而且共模电流会从同轴电缆屏蔽层的外表面辐射出去,从而改变天线辐射的方向并影响天馈系统的整体质量。
巴伦的设计在混频器的设计中,推挽式放大器(push-pull amplifier),巴伦被用于对称(平衡)到不对称(不平衡)电路的连接。
巴伦的设计中有一个精确的180度相移,拥有最小损耗和等同的平衡阻抗。
在功率放大器中,对称性的损失会减小效率,对称端口应与地绝缘,以减小寄生振荡。
基本的巴伦构造或设计包含两条90度定向线,通过使用λ/4和λ/2提供需要的180度分离。
绕线形变压器比下述的印刷或集总元件(lumped element)巴伦更贵。
在实际混频器设计中,后者应用更广泛。
请注意这些集总元件和印刷巴伦大多不提供中心抽头的底线给偶模式信号(even mode signal),在混频器的设计中应考虑到该因素。
1. L-C 巴伦该设计本质上是一个桥梁,被誉为“点阵类型”巴伦。
它包含两个电容两个电感,能够提供±90°相移。
巴伦的电路图如下图所示图1 L-C 集总巴伦原理图操作频率:设计该电路时,请确保操作频率低于组件的自谐振频率,并将压焊块电容考虑在内。
该电路的主要应用之一为推挽式放大器的输出,它能按照我们的需要将平衡信号转化为单一的非平衡输出。
通常,绕制螺纹型的巴伦的使用如下图:图2 在推挽式放大器中使用绕线巴伦提供平衡到不平衡的转换然而,采用前述的集总巴伦,实现绕制变压器类型巴伦,特别是在芯片级实现,会非常方便。
如图3所示。
图3 使用集总巴伦代替绕制变压器可实现平衡到不平衡的转换2. 传输线巴伦该巴伦可使用图4中的λ/4长度线或同轴电缆来实现。
(1) 1:1 同轴巴伦图4 同轴巴伦,采用四分之一长度同轴电缆实现,1:1 阻抗转换如果要求阻抗转换为1:4,可使用图5中所述的同轴巴伦。
(2) 1:4同轴巴伦图5 同轴巴伦,采用四分之一长度同轴电缆实现,1:4 阻抗转换3. 微带线巴伦已存在一系列的印刷/微带线巴伦拓扑结构,基于PCB或MIC基板,具有价格便宜的优势。
他们的下方可以做得很大,尤其是在更低的射频频段。
LC巴伦电路设计与仿真一、LC巴伦电路理论基础差分电路具有高增益、抗电磁干扰、抗电源噪声、抗地噪声能力很高、抑制偶次谐波等优点。
在无线射频电路,差分电路的使用越来越重要了,在无线产品中得到广泛应用。
因此,双端口-单端口电路(Balanced-Unbalanced,简称Balun)也随之变得重要起来。
本章节重点讲解一下LC巴伦的理论知识及在实际无线产品中的应用案例。
Balun电路的作用主要是将差分转单端或单端口转差分,实现端口转换,在实际应用中可当作功分器或合成器来使用。
LC巴伦电路图如下,计算差分口电压U2、U3得:U2=(U1/jwC)/(1/jwC+jwL)=U1/(1-wL×wC)U3=(U1×jwL)/(1/jwC+jwL)=-U1/(1-wL×wC)可以看出两者电压幅值相等,相位相差180度。
其中,令Z dp是两个差分口的阻抗,Z sn是单端口的源阻抗。
则LC大小的计算公式为:LW0=1CW⁄==√2Z dp Z sn∗二、理想50欧姆LC巴伦电路设计仿真例:用理想元器件设计一个工作2.45GHz频段的LC巴伦电路。
Z dp=Z sn=50 ohm。
首先计算LC的值得:L=4.6nH,C=0.9pF,填写参数值进去如下图。
仿真结果如下:可以看出S21和S31插入损耗都是-3dB,并且两者相位差180度且相互平行,说明巴伦匹配良好。
三、实际LC巴伦电路设计仿真在实际电路中差分口是从无线芯片出来的,阻抗都不会是刚好50 ohm,比如AR9341芯片。
以RX差分口为例,Dataheet会提供一个阻抗值,17+j*9 ohm。
根据公式,LW0=1CW⁄==√2Z dp Z sn∗又Z dp Z sn∗=(R dp R sn+X dp X sn)-j*(R dp X sn−X dp R sn)只有虚部为零才能满足电感值和电容值为实数。
通常我们会在单端口匹配到50 ohm,此时只需要将8.5+j*4.5 ohm匹配到8.5ohm即可满足要求。
巴伦的设计在混频器的设计中,推挽式放大器(push-pull amplifier),巴伦被用于对称(平衡)到不对称(不平衡)电路的连接。
巴伦的设计中有一个精确的180度相移,拥有最小损耗和等同的平衡阻抗。
在功率放大器中,对称性的损失会减小效率,对称端口应与地绝缘,以减小寄生振荡。
基本的巴伦构造或设计包含两条90度定向线,通过使用λ/4和λ/2提供需要的180度分离。
绕线形变压器比下述的印刷或集总元件(lumped element)巴伦更贵。
在实际混频器设计中,后者应用更广泛。
请注意这些集总元件和印刷巴伦大多不提供中心抽头的底线给偶模式信号(even mode signal),在混频器的设计中应考虑到该因素。
1. L-C 巴伦该设计本质上是一个桥梁,被誉为“点阵类型”巴伦。
它包含两个电容两个电感,能够提供±90°相移。
巴伦的电路图如下图所示图1 L-C 集总巴伦原理图操作频率:设计该电路时,请确保操作频率低于组件的自谐振频率,并将压焊块电容考虑在内。
该电路的主要应用之一为推挽式放大器的输出,它能按照我们的需要将平衡信号转化为单一的非平衡输出。
通常,绕制螺纹型的巴伦的使用如下图:图2 在推挽式放大器中使用绕线巴伦提供平衡到不平衡的转换然而,采用前述的集总巴伦,实现绕制变压器类型巴伦,特别是在芯片级实现,会非常方便。
如图3所示。
图3 使用集总巴伦代替绕制变压器可实现平衡到不平衡的转换2. 传输线巴伦该巴伦可使用图4中的λ/4长度线或同轴电缆来实现。
(1) 1:1 同轴巴伦图4 同轴巴伦,采用四分之一长度同轴电缆实现,1:1 阻抗转换如果要求阻抗转换为1:4,可使用图5中所述的同轴巴伦。
(2) 1:4同轴巴伦图5 同轴巴伦,采用四分之一长度同轴电缆实现,1:4 阻抗转换3. 微带线巴伦已存在一系列的印刷/微带线巴伦拓扑结构,基于PCB或MIC基板,具有价格便宜的优势。
他们的下方可以做得很大,尤其是在更低的射频频段。
巴伦接法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现,若将其直接连接,则同轴电缆的外皮就有高频电流流过(按同轴电缆传输原理,高频电流应在电缆内部流动,外皮是屏蔽层,是没有电流的),这样一来,就会影响天线的辐射(可以想象成电缆的屏蔽层也参与了电波的辐射)因此,就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器,把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉,也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。
要达到这样的目的有很多种办法,一种是高频开路法,在电缆屏蔽层外皮四分之一波长处接一个四分之一波长的套筒(等于效四分之一波长的开路线),因四分之一波长开路线对该频率视为开路,达到截断高频电流的作用,这种办法,工作带宽窄,频率低时四分之一波长套筒就显得很长,适合大功率高频率使用。
另一种是抵消法,想办法使流入的电流大小相等方向相反而互相抵消,应用较多的用磁环三线绕的平衡不平衡转换器就属这种,这种频带较宽,使用但大功率时受磁环磁饱和的限制,适合低频率小功率使用。
再一种是变压器法,通过高频变压器实现平衡不平衡转换,原理就像推挽输出变压器一样,把双向平衡电流变换成但向不平衡电流。
变压器可采用磁心或空心绕成,适用大功率使用。
还有一种是抑制法,振子经过一高频扼流圈接电缆屏蔽层外皮,阻止高频电流流向电缆屏蔽层外皮,此法比较简单,就是把电缆绕十圈左右,绕在磁环上更好,空心也没关系,一般是频率低绕多几圈,频率高小绕几圈。
但抑制效果没有前述几种好,因此前面几种多用于专业应用,这种业余应用较多。
要记住的是我们只是截断屏蔽层外皮的高频电流,并不是截断流向屏蔽层的所有高频电流(要这样的话把振子和电缆皮断开就得了),高频电流是在屏蔽层的里面流的。
形象一点可以把电缆想象成水管,本来应该是水都在水管里流,如不加巴伦,水不单在水管里流,而且有一部分还流到管子的外皮。
理解BALUN就要了解同轴线的传输的基本原理,同轴线同平行线一样是双导体,不过是一个将另一个包覆起来。
巴伦的功能原理_性能参数_基本类型介绍巴伦(英语为balun)为一种三端口器件,或者说是一种通过将匹配输入转换为差分输出而实现平衡传输线电路与不平衡传输线电路之间的连接的宽带射频传输线变压器。
巴伦的功能在于使系统具有不同阻抗或与差分/单端信令兼容,并且用于手机和数据传输网络等现代通信系统。
巴伦具有如下三项基本功能:1.将电流或电压从不平衡转换至平衡2. 通过某些构造进行共模电流抑制3. 通过某些构造进行阻抗转换(阻抗比不等于1:1)巴伦分为多种类型,其中的某些用于阻抗转换,还有某些用于连接具有不同阻抗的传输线。
阻抗转换巴伦可实现阻抗匹配、直流隔离以及将平衡端口与单端端口匹配。
共模扼流圈因为可消除共模信号,因此在某种意义上说也是一种巴伦。
巴伦用于推挽放大器、宽带天线、平衡混频器、平衡倍频器及调制器、移相器以及任何需要在两条线路上传输幅度相等且相位相差180度的电路设计。
巴伦的最常见用途为将不平衡信号连入用于长距离传输的平衡传输线。
与采用同轴电缆的单端信令相比,采用平衡传输线的差分信令受噪声和串扰的影响更小,可使用更低的电压,而且成本效益更高。
因此,巴伦可用作本地视频、音频及数字信号与长距离传输线之间的接口。
巴伦的用途包括:–无线电及基带视频–雷达、发射机、卫星–电话网络、无线网络调制解调器/路由器巴伦的基本原理巴伦的理想S参数如下:S12 = –S13 = S21 = –S31S11 = -∞巴伦的两个输出幅度相等,相位相反:–在频域中,这表示两个输出之间具有180°的相位偏移;–在时域中,这表示一个平衡输出的电压为另一平衡输出的负值。
此外,两条线路当中的一条的导体须明确接地。
射频电路中巴伦的作用
在射频电路中,巴伦(Balun)的作用是实现平衡信号与非平衡信号之间的转换。
巴伦是平衡-不平衡的缩写,是一种三端口无源器件。
具体来说,巴伦用于将平衡信号(差分信号,即振幅相等、相位相差180°的两个信号)转换为非平衡信号(单端信号),或进行反向转换。
巴伦广泛应用于各种场合,如差分和单端信号的接口转换、阻抗匹配、提高电路抗干扰能力等。
此外,巴伦还有助于提高电路性能和稳定性,并抑制高次谐波。
其性能指标包括频率范围、插入损耗、回波损耗、幅度平衡度、相位平衡度、共模抑制比和阻抗比等。
根据实际需求,可以选择合适的巴伦类型,如磁通耦合变压器巴伦、变压器巴伦和传输线巴伦等。
总结:在射频电路中,巴伦的作用是实现平衡信号与非平衡信号之间的转换,提高电路性能和稳定性,并抑制高次谐波。
其广泛应用于差分和单端信号的接口转换、阻抗匹配等方面。
根据实际需求,可以选择合适的巴伦类型。