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技术专题
射频PCB设计
在射频PCB设计主题中经常提及的一个术语是平衡-不平衡变换器的使用，但有时可能不清楚这些器件的作用或需要它们的原因。在RF PCB设计中，有时需要阻抗匹配并同时在平衡/不平衡信号之间转换。这是不平衡变压器派上用场的地方。
如果您想更详细地了解什么是不平衡变压器，因为这可能是一个丰富的话题。某些不平衡变压器的描述可能相当深奥或过于简单，因此我会尽量简洁，并将其与大多数设计师熟悉的PCB设计概念联系起来。希望您有足够的背景信息来选择不平衡变压器，并将其合并到您的PCB布局中。
很简单，不平衡变压器是一种将不平衡（单端）交流信号转换为平衡（差分）交流信号的设备。平衡-不平衡转换器可以采用多种形式，尽管最常用的低频RF信号（例如，CATV和TV天线）是简单的变压器或一组耦合电感器。通过在单端RF输入信号和差分信号之间转换，可以将信号输入到差分接收器，偶极天线或其他差分操作的组件中。
以下是一些常见的射频系统中的不平衡变压器示例：
简单的变压器。这可能是最简单的巴伦类型，但也是最大的。的
中心抽头变压器。对于变压器巴伦来说，这是一个更好的选择。变压器的中心抽头为平衡信号提供了共享参考网络。平衡-不平衡变换器每一侧的阻抗取决于未抽头侧和一半抽头侧之间的匝数比。
LC电路中的耦合。通过利用LC电路中电抗元件之间的耦合，可以创建具有与中心抽头变压器相同的阻抗转换功能的电路。这是一个涉及LC电路仿真的更复杂的主题。
分布式巴伦设计。这些巴伦设计更加复杂，因为它们利用了印刷在PCB上的走线之间的耦合阻抗。类似的结构也用于将平衡-不平衡变换器放置在集成电路中。
我列出的平衡-不平衡转换器的最终类型涉及多种设计，需要仔细在PCB上布置印刷元件。这是大多数设计人员可能发现深奥的RF PCB设计的一方面。值得庆幸的是，微波工程教科书和研究文献中有许多设计为巴伦设计提供了良好的起点。下图显示了两个变压器巴伦和一个简单的四分之一波长巴伦，可以将其印刷到PCB上。
巴伦示例。顶部和中间：两个变压器不平衡变压器。底部：四分之一波长巴伦。
巴伦人在无源放大器，倍频器，移相器，调制器和偶极天线馈源中找到了家。在这些应用中，不平衡变压器执行两项重要功能。
阻抗匹配
平衡-不平衡变换器的一项重要功能是在平衡-不平衡变换器的平衡端与不平衡端之间提供阻抗匹配。例如，在变压器不平衡变压器中，可以通过选择合适的匝数比，或者选择初级和次级线圈电感之比来实现。理想的不平衡变压器的回波损耗为S11 =负无穷大。
隔离
由于不平衡变压器通过电耦合或磁耦合来传输功率，因此它们在平衡和不平衡信号之间提供了一定的自然隔离。只要平衡-不平衡变换器的设计正确，这就能很好地帮助隔离辐射的EMI，使其不通过平衡-不平衡变换器的两侧之间。如果将信号馈入差分接收器，则平衡-不平衡转换器的平衡端也具有较高的共模噪声抗扰性。
如何使用巴伦布局RF PCB
在射频PCB布局中使用平衡不平衡变压器时，存在两个挑战：布置平衡不平衡变压器本身，以及布置不平衡和平衡的线路。遵循与其他RF PCB相同的策略：
在电路块之间提供隔离，例如使用通孔围栏或电子带隙结构（EBG）
选择较短的走线并在需要时匹配阻抗
尝试将布局网格化，以使不同的功能块位于板上的不同位置
在偶极天线馈线上使用时，将平衡不平衡变压器放置在接地平面区域的边缘，并将平衡输出直接路由到天线。这通常在倒F天线或其他微带天线上完成。换个方向，例如使用单极天线或同轴连接（即带有U.FL连接器的不平衡天线），无论如何都应在接地平面上进行所有操作。为了提供高隔离度，您可以在馈线周围以及天线区域和其他电路之间放置接地的保护通孔。
示例Wifi天线，在馈线上有一个不平衡变压器。
一旦了解了平衡-不平衡变压器，就可以更轻松地确定哪种平衡-不平衡变压器最适合您的RF PCB。