实现射频变压器有两种基本方法：磁耦合变压器和传输线变压器。我们在上一篇文章中讨论过的磁耦合变压器使用磁通链将能量传输到输出。传输线变压器依靠电磁波通过传输线传播来将能量传输到输出。
当今的磁耦合变压器在相对较宽的频率范围（从几 kHz 到超过 200 MHz）内表现出不超过 1 dB 的损耗。传输线变压器可以提供更宽的带宽，且损耗仅为 0.02 至 0.04 dB。这使得它们成为射频功率放大器等应用的选择，在这些应用中，高带宽、低损耗变压器是必须的。
我们将首先概述传输线变压器的基本概念。之后，我们将探讨双线线圈的特性，双线线圈是传输线变压器的重要组成部分。然后，我们将研究guanella 1:1 巴伦，作为如何布置双线线圈来构建射频变压器的示例。在文章的，我们将简要回顾一下传输线巴伦的一些实际用途。
定义传输线变压器
尽管有时被建模为集总元件，但变压器的寄生电容实际上是分布的。图 1 的左侧部分说明了绕组间电容的分布特性。当我们将该图翻转过来时（图 1 的右侧部分），它开始类似于用于模拟射频传输线的无限梯形网络。
作为分布式组件的变压器绕组间电容模型。翻转过来，该模型就像一个无限的梯子网络。
图 1.绕组间电容是分布式组件（左）。将变压器视为传输线（右）。
为了进行比较，图 2 再现了无限阶梯网络模型。
输电线路的无限阶梯网络模型。
图2.输电线路的无限阶梯网络模型。
由于绕组间电容的分布特性，我们似乎可以将变压器视为传输线。这样做会更改输入和输出端口定义。从这个角度来看，绕组间电容和漏感不再是非理想的。相反，它们是电路的关键部分。
在本文后面，我们将使用此结构构建一个基本的巴伦。然而，即使在这样做之前，我们也可以认识到将绕组间电容和漏感的综合效应建模为传输线的特征阻抗所带来的优势，即特征阻抗不会限制电路的高频响应。
将其绕组视为传输线的变压器类型被适当地称为传输线变压器。在深入探讨之前，让我们首先检查一下传输线变压器的常用构建块——双线线圈。
双线线圈
双线线圈（图 3）由两根间隔很近的平行线组成。绕组可以使用以下任何一种来构造：
一对线。
一对双绞线。
同轴线。
这些电线通常缠绕在一个公共磁芯上，该磁芯可以是铁氧体或非磁性的。传输线变压器使用磁芯来增加输入和输出端口之间的低频隔离，而不是作为能量传输的介质。
双线线圈。
图 3.双线线圈。
我们将使用图 3 中的线圈来检查两种不同类型输入的电路响应：
奇模励磁：又称差动励磁。两导体中的电流大小相等，方向相反。
偶模励磁：也称为共模励磁。电流大小相等且方向相同。
奇模激励
图 4 说明了电流为i o的奇模激励。
双线线圈的奇模励磁。
图 4.双线线圈的奇模激励。
电流 ( i o ) 施加到红色绕组的左端（点 1）。从蓝色绕组的左端汲取相同的电流（点 2）。尽管图中未显示，但我们可以假设线圈的另一端（点 3 和 4）连接到适当的负载，使我们能够在整个线圈中获得奇模激励。
为了确定磁芯内部感应磁场的方向，我们可以应用右手定则：如果我们将右手的拇指指向电流的方向，我们的手指就会向相应的磁场方向卷曲。 。在图 4 中，红色和蓝色线圈（图中分别用红线和蓝线表示）产生的磁场方向相反。
由于两个线圈在相反方向上产生相等的磁场，因此理想情况下磁芯内部不应存在净磁场。换句话说，对于奇模电流，线圈之间不存在磁耦合。相反，双股线圈相当于与导线长度相同的传输线。
偶模励磁
对于偶模电流，情况会有所不同。两个绕组产生的磁场同相且大小相等。这会产生强磁场，导致线圈之间产生强耦合。对于偶模励磁，双线线圈因此充当大电感。
图 5 显示了偶模电流为i e的双线线圈。这种双线线圈的共模输入阻抗非常高，特别是在低频下，磁芯有望提高电感。偶数模式信号为提供能量；奇模激励则不然。因此，在高频下，共模信号的损耗要高得多。
双线线圈的偶模励磁。
双线线圈的等效电路模型
图 6 显示了我们一直在研究的双线线圈的等效电路。它使用两个理想变压器来模拟对偶模和奇模电流的响应。
双线线圈的等效电路模型。
图 6.双线线圈的等效电路模型。
奇模电流：
通过变压器T 1。
沿着传输线传播。
通过变压器T 2在输出处显示为差分信号。
偶模电流：
从T 1的中心龙头流出。
通过电感 ( L )。
作为共模信号离开变压器T 2 。
如果偶模激励的电感足够大，我们可以假设偶模电流可以忽略不计，并且只有奇模电流可以流过双线线圈。这一观察对于理解某些传输线变压器类型的运行至关重要。
传输线变压器频率范围的下限由其绕组的自感决定。根据经验，绕组在工作频率下产生的电抗应比源阻抗或负载阻抗（以较大者为准）大三到五倍。
传统变压器和传输线变压器的比较
传统变压器需要初级线圈和次级线圈之间的磁耦合。这就是为什么在这种类型的变压器中，能量传输取决于线圈之间的互感和磁通链。由于传输线变压器通过传输线作用而不是磁通链来传输能量，因此能量传输取决于传输线的特性阻抗和传播常数。这代表了两种变压器类型的运行的根本区别。
传输线变压器和传统变压器都普遍使用磁芯，但原因不同。在传输线变压器中，磁芯的目的是增加输入和输出端口之间的低频隔离。与传统变压器不同，传输线变压器不能在输入和输出之间提供任何直流隔离。
基于双线线圈的传输线巴伦
现在我们已经掌握了相关概念，让我们看一个如何使用双线线圈构建射频巴伦的实际示例。图 7 中的电路可追溯到 Gustavguanella 1944 年发表的一篇论文，称为guanella 1:1 巴伦。
瓜内拉 1:1 巴伦。
图 7.基本传输线巴伦（Guanella 1:1 巴伦）。
理想情况下，只有奇模电流可以流过电路的绕组。这意味着输出端出现差分电流，导致两个负载电阻两端的电压相同。请注意，总体负载电阻 ( R L ) 分为两个R L /2 电阻，并且中心点接地。这会在输出之间产生 180 度的相位差，这是巴伦功能所需的。
我们还可以使用浮动负载，而不是在其中心点接地负载（图 8）。
带浮动负载的 1:1 传输线巴伦。
图 8.带有浮动负载的传输线巴伦。
任一版本的电路都充当 3 dB 功率分配器，输出之间具有 180 度相位差，这就是为什么这种结构有时被称为“反相功率分配器”。为了避免反射，必须满足阻抗匹配条件：
$$R_{S}~=~Z_{0}~=~R_{L}$$
其中Z 0是用于双线线圈的传输线的特性阻抗。
射频应用中的巴伦
巴伦在推挽式功率放大器 (PA)（如图 9 所示）的运行中发挥着至关重要的作用。这种拓扑需要两个以 180 度异相运行的晶体管；因此，施加到晶体管的信号是差分的（平衡的）。然而，信号源是单端（非平衡）的。
变压器耦合推挽功率放大器。
图 9.基本变压器耦合推挽功率放大器。
为了在平衡和不平衡信号之间进行转换，我们使用巴伦。推挽式配置需要一个输入巴伦来产生馈送到晶体管的差分信号，以及一个输出巴伦来重新组合晶体管产生的信号。巴伦的带宽需要与所实施的推挽式 PA 的带宽相当，甚至更宽。尽管图 9 中的巴伦是磁耦合的，但我们在上一篇文章中讨论的非理想行为使传输线巴伦成为更实用的选择。
巴伦还用于许多其他类型的设备，包括：
天线。
倍频器。
搅拌机。
差分 ADC 的驱动电路。
巴伦的哪些特性重要取决于应用。例如，推挽式 PA 需要低损耗的巴伦，但具有良好相位平衡的巴伦对于平衡混频器可能更重要。
