工程师详细讲解分析RF PCB的设计

RF PCB 设计主题中经常提到的一个术语是平衡非平衡转换器的使用，但有时可能不清楚这些设备的作用或需要它们的原因。在RF PCB设计中，有时需要平衡/不平衡信号之间的阻抗匹配和同步转换。这就是不平衡变压器派上用场的地方。

如果您想更多地了解什么是不平衡变压器，这可能是一个内容丰富的话题。一些不平衡变压器的描述可能比较深奥或过于简单，所以我会尽量简明扼要，将它们与大多数设计人员熟悉的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纳入您的 PCB 布局。

非常简单，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。平衡非平衡转换器可以采用多种形式，但最常用的低频射频信号（例如 CATV 和电视天线）是简单的变压器或一组耦合电感器。通过在单端射频输入信号和差分信号之间进行转换，信号可以输入到差分接收器、偶极天线或其他差分操作的组件中。

以下是常见射频系统中不平衡变压器的一些示例：

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。这对变形金刚巴伦来说是更好的选择。变压器的中央抽头为平衡信号提供共享参考网络。平衡不平衡转换器每一侧的阻抗取决于无螺纹侧和半抽头侧之间的匝数比。

RF PCB

LC 电路中的耦合。通过在LC电路中利用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 Barron 设计更为复杂，因为它们利用了印制在 PCB 上的导线之间的耦合阻抗。类似的结构也被用于将平衡不平衡变换器放置在集成电路中。

我列出的最后几种平衡非平衡转换器涉及多种设计，需要在 PCB 上仔细放置印刷元件。这是大多数设计人员可能觉得深奥的 RF PCB 设计的一个方面。幸运的是，微波工程教科书和研究文献中有许多设计为 Barron 的设计提供了良好的起点。

Balun 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自己的家。在这些应用中，不平衡变压器执行两个重要功能。

阻抗匹配

平衡不平衡转换器的一个重要作用是提供平衡不平衡转换器的平衡端和不平衡端之间的阻抗匹配。例如，在不平衡变压器中，可以通过选择合适的匝数比或初级和次级线圈电感的比值来实现。理想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传输功率，因此它们在平衡和不平衡信号之间提供了一定程度的自然隔离。只要平衡非平衡转换器的设计正确，就可以帮助隔离辐射EMI，防止其在平衡非平衡转换器的两侧之间通过。如果信号馈入差分接收器，平衡非平衡转换器的平衡端也具有很高的共模噪声抗扰度。

如何使用Barron Layout RF PCB

在RF PCB布局中使用平衡不平衡变压器时，有两个挑战：平衡不平衡变压器本身的布局，以及不平衡和平衡线路的布局。遵循与其他 RF PCB 相同的策略：

提供电路块之间的隔离，例如通孔栅栏或电子带隙结构 (EBG)

需要时选择更短的布线和匹配阻抗

尝试将布局网格化，使不同的功能块位于板上的不同位置

用在偶极天线馈线上时，平衡不平衡变压器放置在地平面区域的边缘，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。改变方向，例如使用单极天线或同轴连接（即带 U.FL 连接器的非平衡天线），并且无论如何在地平面上进行所有操作。为了提供高隔离度，您可以通过馈线周围的孔以及天线区域和其他电路之间的孔放置接地保护。

一旦了解了平衡不平衡变压器，您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。