微带巴伦设计与仿真.docx
具有陷波特性的宽带微带线-槽线巴伦的设计
１ 巴伦 的 设 计 与 结 构
提 出的具有 陷 波特性 的 宽带微 带线 一槽 线 巴伦 的
结构 如 图 １所示 。 巴伦 选 取 相 对介 电常 数 为 ２ ． ６ ５ ， 厚 度为 ２ ｍ ｍ 的介 质基板 印制 。介 质 基 板 的上 层 是带 有
ｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｂ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈａ ｎ 一１ ０ ｄ Ｂ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｓ ｅ ￣ｌ ｏ ｓ ｓ ｂｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈａ ｎ 一１ ． ８ ｄ Ｂ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ０． ３ ８—
ａ ， ｒ ｌ ａ ２ ０ １ ５ 年 第 ２ ８ 卷 第 ６ 期
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｃ ｉ ． ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ． ／ Ｊ ｕ ｎ ． １ ５．２ ０１ ５
ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． １ ６ １ ８ ０ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ｌ Ｏ ０ ７— ７ ８ ２ ０ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ６ ． ０ ４ ７
通信 技 术 的快 速 发展 ， 无线 频谱 资源 的 日趋 密 集 ，
使得通信设备的集成度逐渐增加 ， 并可拥有多种无线 通信 模块 ， 同时相 互稳 定 、 高效 地工作 。这也 就 对通 信 设 备 的前端 关键 部件 天线 提 出 了更 高 的要求 Ｊ 。
平衡 结 构 的天 线 一 般都 具 有 完 全 对 称 的 辐 射 臂 。 当采用 微带 线 、 共 面 波 导或 同轴 线 等 不 平衡 馈 线 馈 电 时， 为 实现 天线 馈 电 网 络 的 阻抗 匹配 并保 证 天线 的 电
传输线巴伦的原理设计、制作及测试
传输线平衡器（巴伦）的原理、设计、制作及测试一、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。
一种P波段微带巴伦的设计
ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｂ ａ ｌ ｕ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｍａ ｊ ｏ ｒ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ． Ａ Ｐ — Ｂａ ｎ ｄ ，ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ － ｓ ｉ ｄ ｅ ｄ
示 了巴伦 的低频 电路原理 。
备 中的 射 频 前 端 器 件 的研 究 发 展 带 来 了极 大 的机
遇 和挑 战 。巴伦 在 射频 收发 系统 中扮 演着 重要 的角
色 ，在大量 的电子设备 中有着极为广泛 的应用。
本 文重 点介 绍 了 巴伦 的基 本 工作 原理 及主 要设
计 指标 ，提 出了一 种双 层微 带功 分器 巴伦 的设 计方
给 出 了其主 要技 术 指标 及 设计 步骤 ，设 计 了一 种Ｐ 波段 双 面微 带 形 式 巴伦 ，并 结合 实物 验证 了这
种 设 计 的有 效 性和 可行 性 。
关 键 词 ： 巴伦 ；双面 微 带 ；Ｐ 波 段
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｎ９ ５ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ８ ４ １ ２（ ２ ｏ １ ５ ） ０ １ ． ０ ５ １ ． ０ ４
图１ 巴伦低频 电路
法 ，从 理 论上 分析 了这 种 巴伦 的性能 ，并 结合 仿真
软 件给 出相应 的仿 真结 果 ，最后 通过 实物验 证 了这
种设计方法 的正确性和可行性 。
由图可 见 ，巴伦 初级 的一端 是接 地端 ，是 不平 衡端 口。 巴伦次 级端 口２ 和端 口３ 都 属非 接地端 ，对
引 言
随 着无 线 电通信 和微 波 电路技 术 的发展 ，无线 通 信 、雷 达 、 电子 对抗 等 电子设备 正 向着 集成 化 、
传输线巴伦的原理设计制作及测试
传输线平衡器（巴伦）的原理、设计、制作及测试一、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。
巴伦的原理、设计、制作
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。
巴伦的原理、设计、制作
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。
一种基于微带线-共面带状线巴伦馈电的Vivaldi天线研究
一种基于微带线-共面带状线巴伦馈电的Vivaldi天线研究作者：宋立众姚国国霍纪兵来源：《航空兵器》2018年第05期摘要：本文研究了一种基于微带线-共面带状线巴伦馈电的Vivaldi天线。
采用单层介质基板，设计了一种微带线-槽线-共面带状线的巴伦结构，天线辐射部分采用指数渐变的Vivaldi天线，设计的馈电巴伦和天线辐射结构方便连接，整个天线具有结构简单、易于设计的优点。
采用全波电磁仿真技术，对微带线-共面带状线巴伦进行优化设计，使之满足天线辐射器的阻抗匹配要求。
仿真结果表明，在2.5～3 GHz的频率范围内，设计的天线回波损耗约小于-10 dB，增益大于4 dBi，具有较高的效率。
对设计的天线进行了加工和测试，结果表明了设计的有效性。
本文设计的Vivaldi天线可用作相控阵天线的单元，具有实际工程意义。
关键词： Vivaldi天线; 巴伦; 天线仿真; 宽波束; 方向图; 回波损耗中图分类号：TJ765.3+31; TN821文献标识码：A文章编号： 1673-5048（2018）05-0058-05[SQ0]0 引言随着电子技术的快速发展，相控阵天线和数字阵列天线日益获得广泛应用，代表着未来天线技术领域的发展趋势[1-2]。
近年来，相控阵天线的研究热点包括宽角扫描、宽频带、双极化和低成本等方面[3-4]。
在导弹雷达导引头领域，相控阵天线和数字阵列天线将有望替代传统的机械扫描的天线系统，可以预期，由于相控阵雷达导引头具有作用距离远、探测精度高、波束扫描灵活和抗干扰能力强等优点，将在精确制导领域成为主流[5-6]。
相控阵天线或数字阵列天线要求天线单元具有宽波束扫描能力和良好的机械结构可靠性，同时，对于庞大的天线阵列而言，还需要保证天线单元具有结构简单、易于设计和成本低廉的特点。
Vivaldi天线是一种渐变缝隙结构的天线形式，由于其具有宽频带、宽波束和性能稳定等优点[7-8]，已成为十分常用的相控阵天线单元。
一种工作于4GHz的正方形微带巴伦设计
一种工作于4GHz的正方形微带巴伦设计
汪海鹏;杨曙辉;陈迎潮;冯梦璐
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2016(39)4
【摘要】传统结构巴伦是一端开路的对称四端口网络,在奇偶模分析的基础上,对传统的巴伦结构进行改进,设计了一种工作于4 GHz的正方形微带巴伦。
利用HFSS 进行仿真分析,并加工成实物。
测试结果表明,在3.7 GHz^5 GHz范围内,|S_(11)|大于10 d B;在工作频段内,|S_(21)|与|S_(31)|均小于4 d B,S_(21)与S_(31)之间的相位差在178°到183°范围内。
该巴伦结构简单、实现成本较低,可应用于无线局域网、射频识别等领域。
【总页数】4页(P755-758)
【关键词】微带巴伦;S参数;奇偶模;四端口网络
【作者】汪海鹏;杨曙辉;陈迎潮;冯梦璐
【作者单位】中国航天科技集团公司物联网技术应用研究院;中国传媒大学通信工程系;南卡罗来纳大学电气工程系;北京信息科技大学信息与通信工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】N702
【相关文献】
1.一种新型超宽带微带巴伦的设计 [J], 郭福强;陈星;吕文龙
2.一种P波段微带巴伦的设计 [J], 姚波;安士全
3.一种基于微带线-带状线巴伦馈电的Vivaldi天线设计 [J], 刘晓;丛惠平;何红英;付博实
4.一种微带巴伦八木天线阵列 [J], 伍举
5.一种微带巴伦八木天线阵列 [J], 伍举
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微带巴伦设计与仿真
在频率较高的情况下（大于 1GHz ）, LC 巴伦由于电感，电容的寄生效应，自谐振频率等影 响，性能将变差，而在高频上，用微带线设计的巴伦在性能，尺寸上都比较理想，本文讲
解在较高频率上如何设计微带线巴伦并进行
ADS 仿真。
微带巴伦的结果如下所示:
A
A B
a 菲平耐入 A
A
E D B 3
微带线A 的长度为0.5个波长，微带线 B 的长度为0.25个波长，波长为在实际基板上的信 号波长，需要
考虑基板的介电常数。
巴伦的性能和所用的节数有关系，节数越多，频宽越宽，不过节数越多，尺寸也越大，上
图为4节微带线巴伦。
F 面分别用ADS 对一节，两节，三节微带线巴伦进行仿真。
一节微带线巴伦：
黑 S1PARAMETERS |
' .............................................
.SP1 .......................................
St_art=3 GHz .......................
Stop=4 GHz
Step=10 MHz .......................
■ TLIN ■ •-
■TL3 -
.Z=50,D Ohm
E=90
F=3.5 GHz
仿真结果:
TLI 忖■ TLIN TL1- - - TLi - 子幫軒z ^5D 0衍祜 E=180. . , F 士grt ・• F^.5GHz ,F i.5GHz 叫丁口忖.'' HTL4 Z=50：0 Qhm E=18D .. ijerm
Terml
Nurri=1
Z=60 Ohm
Tjerm ” Term2 Num=2 Z=50 Ohm Term ' Tsrm3 - Num=3 Z=50 Ohm s ' p
m4 freq=3.500GHz pM 犬（5（玄卄）二90.00。
|卜出汨£（2」））=90000
大频宽内都保持180°正交，幅度在100MHz 范围内基本两路平衡输出保持一致，插损在
0.5dB 左右。
二节微带线巴伦：
-2.S m2 freq=3.340GHz m3 腳議般热8
|-r-|/2 A
、
Te-q=3.600GHz 仿真结果可见相位在很
■5.0- ・3耳
?=« -32- —二 - LOtZi 一* men T5 73 freq, GHz
-4.0 3.0
I SiPAR/SiMETERS
L G - P ara tn ............................................................................................. - ................................................... .SPl! ..................................................................................................................................................................................................... .SUrt=3(>Hz ....................................................................................................................................................................................... Skp=4(?Hz
Step- 10 MHz
■ «■・■・・■• Tj ・ ■
freq, GHz
TLIM TLT Z=50.0 O h rn - E-iao_ . F^3.5 OHz .TUIN... TU S=5O'.O Ohm -旳 -F=5.S GH H - 5 ... TL7
3=50,3 Ohm E=9D --- F=3.5 <^Hz TLIW Tua ・ ^50.0 Ohm- TL5 ■
■ ■
ZsSO.Q Ohm.
ETD
F=3 ◎ <J H Z
仿真结果:
m2
m3 freq=3.660GHz 犯(岂2⑴)二3,549
Tift rui
T»rrp1 ..
Nurn= 1 2=^0
0>im' 'TLIU''' TL4 ' 1 ' Z=>50-.0 OhiTi 0 teo .. F=3.S OHz
仿真结果可见相位在很大频宽内都保持 180°正交，幅度在 200MHz 范围内基本两路平衡输
出保持一致，插损在 0.5dB 左右。
三节微带线巴伦：
仿真结果:£・ P 呂「3FT1 TL3 ...
2=5Q.O Ohm
E=db
F-3.5 GHz W 宪f °伽弐阳立6时 P , p.aQ ・・ F=3.5,GH Z , Ri3_6 GHz , *T~I ——
•TLIb ■ - ■ .Tua.——. .2=5Q.O Ohm za 'F=3.5 GHz 'TLIW P 1 ' TL9 ■ ■ ■ Z^SDJ-OfVTi - E=1^0 . F=3.5 GHa T M ITT I ■Te?rm3 s - ■ Num«3 -・ .Zs.60.0b m. 'SIPARJ^TETER^ '
十 ■ 'L ；
_ Start.K3.GHz . GHz T T N IL4 ■ - “ ' 8 D Ohrn 呼“吃 F.35.GHZ •LZJ -------
TLfN …' TL> - • * •'、
莒护 Ohm 2=50-0'□Um'
F^^Olh . GH ,
■ TLIN - ■ TLfi ■ B -十Q 1 B ■ 1 TL5 ... Z=$O 0 Qtirn &炯 M.5 GH?；
.T&rm r ” ” T&m2 •■J J ' ' • Num=2
仿真结果可见相位在很大频宽内都保持 180°正交，幅度在 400MHz 范围内基本两路平衡输
出保持一致，插损在 0.5dB 左右。
通过仿真发现巴伦节数越高，幅度平衡带宽越大，不过节数对插损基本影响不大。
m2
f
「Qq=3-300GHz m3 freq=3 700GHz 迥
S2*)=3.465 m4
feasl(f(3h ?»l90.000 ml f re q=3.500GHz
ph 旅旳 2"))m030
.3.35 -3S5 —| ---------- 1 -------- 1 ------- 1 ------- 1 -------- 1 ------- 1 -------- 1 -------- 1 ------- 1 -------
3.0 3 2 3.4 2J6 3 a
4.3
freti ，GHz。