工程師詳細講解分析RF PCB的設計

RF PCB 設計主題中經常提到的一個術語是平衡非平衡轉換器的使用，但有時可能不清楚這些設備的作用或需要它們的原因。 在RF PCB設計中，有時需要平衡/不平衡信號之間的阻抗匹配和同步轉換。 這就是不平衡變壓器派上用場的地方。

如果您想更多地了解什么是不平衡變壓器，這可能是一個內容豐富的話題。 一些不平衡變壓器的描述可能比較深奧或過于簡單，所以我會盡量簡明扼要，將它們與大多數設計人員熟悉的PCB設計概念聯系起來。 希望您有足夠的背景信息來選擇不平衡變壓器并將其納入您的 PCB 布局。

非常簡單，不平衡變壓器是一種將不平衡（單端）交流信號轉換為平衡（差分）交流信號的設備。 平衡非平衡轉換器可以采用多種形式，但最常用的低頻射頻信號（例如 CATV 和電視天線）是簡單的變壓器或一組耦合電感器。 通過在單端射頻輸入信號和差分信號之間進行轉換，信號可以輸入到差分接收器、偶極天線或其他差分操作的組件中。

以下是常見射頻系統中不平衡變壓器的一些示例：

簡單的變壓器。 這可能是最簡單的巴倫類型，但也是最大的。 的

中心抽頭變壓器。 這對變形金剛巴倫來說是更好的選擇。 變壓器的中央抽頭為平衡信號提供共享參考網絡。 平衡不平衡轉換器每一側的阻抗取決于無螺紋側和半抽頭側之間的匝數比。

LC 電路中的耦合。 通過在LC電路中利用電抗元件之間的耦合，可以創建具有與中心抽頭變壓器相同的阻抗轉換功能的電路。 這是一個涉及 LC 電路仿真的更復雜的主題。

分布式巴倫設計。 這些 Barron 設計更為復雜，因為它們利用了印制在 PCB 上的導線之間的耦合阻抗。 類似的結構也被用于將平衡不平衡變換器放置在集成電路中。

我列出的最后幾種平衡非平衡轉換器涉及多種設計，需要在 PCB 上仔細放置印刷元件。 這是大多數設計人員可能覺得深奧的 RF PCB 設計的一個方面。 幸運的是，微波工程教科書和研究文獻中有許多設計為 Barron 的設計提供了良好的起點。

Balun 在無源放大器、倍頻器、移相器、調制器和偶極天線饋源中找到了自己的家。 在這些應用中，不平衡變壓器執行兩個重要功能。

阻抗匹配

平衡不平衡轉換器的一個重要作用是提供平衡不平衡轉換器的平衡端和不平衡端之間的阻抗匹配。 例如，在不平衡變壓器中，可以通過選擇合適的匝數比或初級和次級線圈電感的比值來實現。 理想不平衡變壓器的回波損耗為 S11=負無窮大。

隔離

由于不平衡變壓器通過電耦合或磁耦合傳輸功率，因此它們在平衡和不平衡信號之間提供了一定程度的自然隔離。 只要平衡非平衡轉換器的設計正確，就可以幫助隔離輻射EMI，防止其在平衡非平衡轉換器的兩側之間通過。 如果信號饋入差分接收器，平衡非平衡轉換器的平衡端也具有很高的共模噪聲抗擾度。

如何使用Barron Layout RF PCB

在RF PCB布局中使用平衡不平衡變壓器時，有兩個挑戰：平衡不平衡變壓器本身的布局，以及不平衡和平衡線路的布局。 遵循與其他 RF PCB 相同的策略：

提供電路塊之間的隔離，例如通孔柵欄或電子帶隙結構 (EBG)

需要時選擇更短的布線和匹配阻抗

嘗試將布局網格化，使不同的功能塊位于板上的不同位置

用在偶極天線饋線上時，平衡不平衡變壓器放置在地平面區域的邊緣，平衡輸出直接路由到天線。 這通常在倒 F 天線或其他微帶天線上完成。 改變方向，例如使用單極天線或同軸連接（即帶 U.FL 連接器的非平衡天線），并且無論如何在地平面上進行所有操作。 為了提供高隔離度，您可以通過饋線周圍的孔以及天線區域和其他電路之間的孔放置接地保護。

一旦了解了平衡不平衡變壓器，您就可以更輕松地確定哪種平衡不平衡變壓器最適合您的 RF PCB。