宽带变压器（包括巴伦）在射频电路中有许多应用。例如，一些功率放大器的高频限值由磁耦合变压器的漏感和分布式绕组间电容决定。在宽带应用中，我们不能简单地消除这些寄生效应，而是需要找到替代解决方案。
　　这就是输电线路变压器的用武之地。这些变压器使它们的绕组充当传输线。通过这样做，它们将漏感和绕组间电容结合起来，产生我们所知道的特性阻抗效应。输电线路变压器可以提供比磁耦合变压器宽得多的带宽，并且可以在市场上作为标准件提供。
　　在上一篇文章中，我们了解了如何使用双线线圈来构建 Guanella 1：1 巴伦。在本文中，我们将了解围绕双线线圈构建的另外两种有用的配置：反相器配置和延迟线配置。然后，我们将这些电路组合起来，产生一个宽带 1：4 阻抗匹配电路，称为 Guanella 1：4 巴伦。
　　双线线圈作为巴伦的元件
　　在我们开始之前，让我们回顾一下我们已经学到的内容。图 1 显示了 Guanella 1：1 巴伦，它使用单个双线线圈构建。它将输入端的不平衡信号转换为输出端的平衡信号。

　　Guanella 1：1 巴伦示意图。

　　图 1.Guanella 1：1 巴伦。图片由 Steve Arar 提供
　　此原理图使用传输线变压器的通用符号。这个符号，就像传统变压器的符号一样，看起来像一对电感器符号。这可能会误导初学者，因此值得强调的是，图 1 中的每个电感符号实际上都代表传输线的一个导体。
　　传输线可以是：
　　使用线对、双绞线或同轴线构建的双线线圈。
　　加载铁氧体磁珠的直线传输线。
　　反相器配置
　　图 1 中的巴伦动作并不是双线线圈可以实现的重要功能。图 2 显示了双线线圈的另一种有用的布置。这种结构可以用作宽带反相器。

　　使用双线线圈实现的宽带相位逆变器。

　　图 2.使用双线线圈实现宽带反相器。图片由 Steve Arar 提供
　　要了解此电路的工作原理，请回想一下，当传输线连接到匹配的负载时，沿传输线长度的电压信号的幅度是恒定的。因此我们有 V1 = V2.
　　需要复习一下传输线波形吗？请参阅这篇文章：“传输线理论：观察反射系数和驻波”。
　　请注意，下绕组在 input 处接地，而上绕组在 output 处接地。通过反转负载端的传输线连接，我们反转了电压极性，导致负载电压为：
　　$$V_{OUT}~=~-V_{2}~=~-V_{1}$$
　　方程 1.

　　为了帮助您了解实际实现，图 3 显示了通过将同轴电缆缠绕在磁芯上实现的反相器电路。

　　图 3.使用同轴电缆构建的反相器电路。图片由 Steve Arar 提供
　　逆变器电路的输入阻抗匹配 （Z在 = Z0 = RL） 的 S S T然而，当我们接近 DC 时，输入阻抗接近零。
　　偶模电流的影响
　　上述解释隐含地假设仅存在奇数模式电流，但是当偶数模式电流流过传输线时会发生什么情况？图 4 再现了双线线圈的等效电路模型。

　　双线线圈的等效电路模型。

　　图 4.双线线圈的等效电路模型。图片由 Steve Arar 提供
　　如果绕组的电抗 （L） 很小，则分流电流可以流过传输线。在图 2 的反相器电路中，分流电流从端子 1 流向端子 3，再从那里流向接地。这会导致传输线的输入阻抗下降，并在磁芯中产生磁通量。
　　我上面提供的是对反相器电路的直观解释。如果这还不能让您满意，可以在 Ali M. Niknejad 的《高速模拟和数字通信电路的电磁学》一书中找到更严格的分析。
　　延迟线配置
　　图 5 显示了双线线圈的另一种简单而有用的布置。您可能知道这是我们通常用于将能量从源传输到负载的传输线布置。使用匹配的负载 （RS = Z0 = RL），则此配置的行为类似于 delay line。

　　双线线圈的延迟线配置。

　　图 5.双线线圈的延迟线配置。图片由 Steve Arar 提供
　　将传输线盘绕在铁氧体磁芯上不会影响电路引入差分信号的延迟。理想情况下，来自这些信号的磁场在内核内部相互抵消。铁氧体磁芯只能增加共模信号在从源极传输到负载时所经历的电感。
　　使用 Balun 馈送偶极子天线
　　到目前为止，我们已经了解了双线线圈如何实现以下内容：
　　延迟线。
　　相逆变器电路。
　　宽带 1：1 巴伦。
　　现在是时候考虑构建具有更高变比的宽带变压器了。我们首先研究两种基本的 1：4 巴伦配置，它们可用于从不平衡源馈送对称偶极子天线。尽管这两种巴伦都有重要的缺点，但它们可以帮助我们了解一个对我们的目的更实用的电路——Guanella 1：4 巴伦。
　　为了给偶极子天线供电，我们需要为天线的每个元件提供相同幅度和相反极性的电压。图 6 显示了如何将半波长传输线用于此目的。

　　为偶极子天线馈送的半波长巴伦。

　　图 6.用于馈送偶极子天线的半波长巴伦。图片由 Steve Arar 提供
　　半波长传输线为天线的右侧元件产生相反的极性信号。因为半波长线路只在特定频率下提供预期的相位反转，所以电路是窄带的。
　　图 7 显示了另一种解决方案，这次使用了我们之前讨论的反相器电路。

　　为偶极子天线供电的反相器。

　　图 7.使用反相器为偶极子天线供电。图片由 Steve Arar 提供
　　如图 6 所示，施加到天线的总电压是信号源提供的总电压的两倍。因此，两个电路都提供 1 到 4 的阻抗转换。
　　图 7 中的巴伦提供了相对较宽的带宽，我们可以通过解决其主要限制 — 由传输线延迟引起的额外相移来进一步改进。除了电路架构产生的预期相位反转外，传输线的延迟还会引入不需要的时间滞后。这个时间滞后会使电路的相移偏离理想的 180 度，尤其是当我们使用越来越高的频率时。
　　我们可以通过在应用于天线左侧元件的信号路径中使用相同的传输线来规避这个问题。这均衡了两条路径的延迟，在更宽的带宽上在天线上创建一对具有相同幅度和相反极性的信号。这就是 delay line configuration 变得有用的地方，我们将在下一节中看到。

　　Guanella 1：4 Balun 和 1：N2巴伦

　　图 8 显示了一个宽带传输线变压器，它同时包含同相器电路和延迟线布置。顶部双线线圈配置为同相延迟线，而底部双线线圈则配置为反相延迟线。该电路由 Gustav Guanella 于 1944 年首次提出，被称为 Guanella 1：4 巴伦。

　　Guanella 1：4 巴伦示意图。

　　图 8.Guanella 1：4 传输线变压器或巴伦。图片由 Steve Arar 提供
　　由于巴伦中集成的两条传输线具有相同的长度，因此它们提供相同的频率相关相移。这允许电路在输出端产生一对信号（理想情况下与频率无关），幅度相同，但极性相反。对于两个双线线圈，输出电压是输入电压的两倍。
　　假设电路是无损的，则电压增益 2 对应于阻抗转换比 4。换句话说，电路将 4R 的阻抗转换为 R 的阻抗，或将 R 的阻抗转换为 4R。请注意，每条传输线的负载为总负载的一半 （RL).因此，上述电路的特性阻抗的值为：
　　$$Z_{0}~=~ \frac{R_{L}}{2}$$
　　方程 2.
　　图 9 显示了 50 Ω 源具有适当特性阻抗和负载电阻的电路的同轴实现。虽然图中没有显示，但同轴电缆通常会加载铁氧体磁珠。

　　使用同轴电缆构建的 Guanella 1：4 巴伦。

　　图 9.Guanella 1：4 巴伦的同轴实现，适用于 50 Ω 源。图片由 Steve Arar 提供
　　我们可以通过记住它由两条等长的传输线组成，并分别检查其输入和输出侧，来提高我们对这个巴伦的理解。
　　在输入端：
　　传输线并联。
　　增加了同相电流。
　　阻抗低于输出侧的阻抗。
　　在输出端：
　　传输线串联。
　　增加了同相电压。
　　阻抗高于输入侧。
　　我们很快就会看到这种电路视图如何帮助我们实现变比甚至高于 1：4 的变压器。不过，在我们继续之前，我们先了解一下历史：我们刚刚研究的 Guanella 1：4 电路是旧式电视巴伦中常用的配置。图 10 显示了一个示例。

　　使用 Guanella 1：4 配置的旧电视巴伦的两个视图。

　　图 10.旧电视中的巴伦通常使用 Guanella 1：4 电路。图片由 D. Jackson 提供
　　构建 1：N2巴伦
　　我们可以很容易地扩展驱动并联绕组并串联输出的想法，以产生 1：n2巴伦，其中 n 是一个整数，等于使用的双线线圈的数量。如图 11 所示。
　　Guanella 1：n2 传输线巴伦的原理图。
　　图 11.瓜内拉 1：n2输电线路变压器。图片由 Steve Arar 提供
　　在这种情况下，特性阻抗为：
　　$$Z_{0}~=~ \frac{R_{L}}{n}$$
　　方程 3.
　　变压器的输入阻抗为：
　　$$R_{S}~=~ \frac{R_{L}}{n^{2}}$$
　　方程 4.
　　关键要点
　　可以围绕单个双线线圈构建几个有用的电路，包括：
　　1：1 巴伦。
　　反相器。
　　同相延迟线。
　　n 个双线线圈的组合可用于创建 1：n2输电线路变压器。在这些电路中，高频响应受到未被传输线特性阻抗吸收的寄生效应的限制，例如：
　　线圈的绕组内电容。
　　线路特性阻抗随频率的偏差。
　　影响线路的损失机制。