巴倫（英語為 balun）為一種三端口器件，取自balanced和unbalanced英文前綴，巴倫是基于變壓器的應用，用于平衡和不平衡器的轉換，平衡端跨接信號，不平衡端有一端接地。巴倫能夠輸出等幅反相信號，可實現阻抗變換用于阻抗匹配，用于手機和數據傳輸網絡等現代通信系統。
在了解巴倫原理之前讓我們回顧一下學生時代物理壓器的基礎知識。
變壓器等效電路
上圖為變壓器初級線圈、次級線圈示意圖。根據法拉第電磁感應定律公式E＝nΔΦ/Δt(n為線圈匝數)，可以看出產生感應電流的條件是閉合回路下磁通量發生變化，感應電動勢的大小取決于磁通量變化的快慢和線圈匝數n。我們可以通過變壓器方程表示初級、次級變換關系，即輸出電壓等于輸入電壓乘以匝數比N，輸出電流為輸入電流除以N，輸出阻抗為輸入阻抗乘以匝數比的平方，即：
n=N2/N1
V2=nV1
I2=I1/n
Z2=n2Z1
巴倫分類
1、變壓器式巴倫
變壓器巴倫示意圖
變壓器式巴倫適用于大功率電路，一般通過在磁芯繞雙絞線實現。巴倫輸入端的一端接信號源電阻Rs，另一端接地，兩端與地之間具有不同的阻抗，是不平衡端口。巴倫的兩個輸出端口，端口２、３兩端都不接地，對地具有高阻抗，因此這兩個端口是平衡端口。將兩個平衡端口與地之間接有的負載電阻都設為RL時，它們電壓大小相等并且電勢相反，即：
V2/V3=-1
RIN=(1/n2)(2RL)
2、集總參數巴倫
集總參數巴倫一般通過L、C實現，MINI CIRCUITS公司提供了豐富的LC拓撲形式的巴倫如下圖所示，具體可參照其官網產品。其中拓撲S的基本思路是利用高通單元和低通單元結構分別呈現電容性與電感性，通過適當的并聯措施，得到兩個輸出端口的相位反向特性。其實現結構簡單，但L、C受頻率影響較大，帶寬較窄。
MINI CIRCUITS公司巴倫種類
3、分布參數巴倫
經典Marchand Balun示意圖
典型的 Marchand 巴倫是一種同軸式的腔體結構，每段傳輸線的長度為四分之一波長。后發展成為微帶結構 Marchand 巴倫，如圖 1 所示，每一段傳輸線的長度都為λ/4，即電長度θ=90°。信號從平衡端口 Port2 和 Port3 輸入，到不平衡端口 Port1 輸出。或者從不平衡端口 Port1 輸入，到平衡端口Port2 和 Port3 輸出。
與之類似利用λ/4傳輸線的還有環行電橋結構，如下圖所示。環行電橋比分支線電橋帶寬較寬，帶寬受3/4λ限制，巴倫結構由1/4λ和3/4λ組成，信號從P1輸入，P2和P4相位差180°，P3為隔離端。耦合線巴倫使用最低截止頻率1~2GHz。
傳統環行巴倫結構示意圖
為了拓展微帶結構巴倫的使用帶寬，我們可以利用漸變線原理，例如超寬帶Ｖialdi天線，其輸入端為微帶饋電的不平衡端，天線的輻射口為平衡端。
Vialdi天線巴倫
通常巴倫關鍵指標與功分器類似，包括帶寬、中心頻率、插入損耗、回波損耗、幅度和相位不平衡度，用于器件選型時參考。
巴倫應用
以上我們列舉了種類豐富多樣的巴倫結構，那在實際電路中有什么應用呢。巴倫的應用都是基于其能提供兩路差分信號以及能夠實現阻抗變換。其作用總結如下：
1、 阻抗匹配實現器件間最大功率傳輸
2.、升壓或者降壓
3、隔直流通交流
4、用于平衡及不平衡電路之間的接口，例如推挽放大器，混頻器
5、 平衡結構中的共模抑制
以推挽放大器和雙平衡混頻器結構為例，解釋巴倫為何能抑制偶次諧波，改善IP2性能。
推挽放大器
雙平衡混頻器
雙平衡混頻器由兩組二極管及一對巴倫組成，是最基本的混頻器結構形式。當Loin送入正半周信號時，如果把Loin的正半周看成＋1，那么，IFout＝＋1×RFin＝RFin；當Loin送入負半周，如果把Loin的負半周看成－1，那么，IFout＝-1×RFin＝－RFin,因此，可以把雙平衡混頻器看作IFout＝Loin×RFin，其中Loin＝＋1 或 —1的乘法器。采用巴倫可以阻隔直流信號，改善本振泄露，同時，差分信號的應用可不必使用濾波器即能抑制偶次諧波，提高共模信號的抑制。
總結：巴倫形式多樣，磁芯繞制、LC形式、微帶平面形式、立體的魔T等都可以作為巴倫，實際使用中我們要根據帶寬、頻率、應用電路（共模抑制電路、ADC電路、移相電路、混頻電路...）等需求靈活使用，發揮其性能。
