长期以来，人们早已认识到区分平衡系统与不平衡系统的重要性。早在1939年，Nils E. Lindenblad 就在描述帝国大厦天线系统中的一个 balun（平衡-不平衡转换器）需求时这样写道：
“线路平衡转换器……其基本原理是：同轴线的外导体必须在电气上与其周围环境隔离，以免破坏其所连接系统的平衡。”
在上述案例中，同轴电缆连接到一个偶极子天线。同轴屏蔽层的外表面承载着与内部完全无关的电流；内部电流则由中心导体和屏蔽层内表面承载。
这种沿同轴外表面流动的“非期望电流路径”，并不会像同轴内部那样以典型的横电磁（TEM）模式传播（内部电磁场被严格约束）。相反，整段同轴电缆本身会变成一根新的天线，并与系统其他部分发生耦合。
为了恢复系统的“秩序”，我们需要对同轴的边界条件进行约束，使中心导体与屏蔽层在两端承载大小相等、方向相反的电流。换句话说，我们必须强制系统满足“平衡条件”。
无线电工程师并不是唯一需要理解“平衡”概念的人。同轴屏蔽层上的额外电流属于共模电流（common-mode current）。如果你熟悉 EMC（电磁兼容）或信号完整性，就会理解系统中出现不希望存在的共模电流意味着什么。所有从事硬件设计的工程师，都应理解平衡与共模电流之间的关系，以及它们对系统的影响。
但问题是：什么才叫“平衡”？我们又如何判断它是否重要？答案似乎因人而异。由于“平衡”这一概念横跨多个领域，因此也存在许多不同定义。
本文尝试对这些观点进行统一梳理，并谨慎地澄清这一长期被讨论但未完全统一的概念。
我们不会提出新的“平衡理论”，而只是尝试说明大家到底在谈论什么。
平衡概念的建立
图1展示了信号源与负载之间差分信号的基本工作方式。
图1：差分信号可消除共模噪声。
你可能已经熟悉这样一个概念：纯差分信号系统可以抵抗干扰，因为噪声会等量耦合到两条线路上。典型例子就是双绞线数据传输。为了更好地理解这一概念，我们进一步分析该例子。
双绞线（Twisted Pair）
在双绞线中，由于电容耦合，噪声会同时等量耦合到两根导线上。差分接收器只关心两条线之间的差值，因此这种“等量耦合”会在接收端抵消。
关键前提是：两条传输线必须在整个长度上保持等幅反相（equal and opposite），才能维持接收端的噪声抵消效果。（当然，接收端的共模抑制能力同样重要。）
简而言之，这两条信号线需要彼此“平衡”，即幅度相等、极性相反。同时，它们还必须相对于外部干扰源“均衡耦合”，即受到相同程度的影响。
帝国大厦天线系统的例子同样体现了这一点。我们在前文引用的 Lindenblad 论文中，就可以看到“balun”这一术语的早期应用之一。既然我们在讨论“平衡”，不妨看看早期工程师是如何理解这个问题的。
历史案例：帝国大厦天线
帝国大厦顶部设计了两套天线：一套用于电视（vision antenna），一套用于音频（sound antenna）。关键要求是：两者之间不能互相耦合。
为满足这一要求，电视天线采用四个椭球导体结构；音频天线则类似环形天线，但由折叠偶极子构成。其结构如图2所示（图中所有线条均表示导线）。
图2：帝国大厦音频天线结构示意图
该结构由四个类似车轮辐条的回路组成。两个相对的偶极子，其信号电流从同轴中心导体（红色）进入，沿环路流动后回到同轴屏蔽层（蓝色）。
系统设计的关键在于：来自电视天线的干扰电流，在结构中会在同一导体上以相同方向感应产生。这样，这些感应电流在相对臂上方向相同，会相互抵消，并不会进入同轴馈线。
Lindenblad 的原文指出：
“公共馈线与各辐射单元的连接方式，使得相对辐射器中的电流为反相。而由转轮天线感应产生的电流，在相对辐射器中方向相同，因此它们会相互平衡，不会进入公共馈线。”
但要实现这一点，必须确保电流守恒。因此，馈线不能允许除“等幅反相电流”之外的额外电流路径。也就是说，同轴必须在馈电时维持“平衡状态”。最终解决方案是一种“线路平衡转换器”，也就是今天所说的 bazooka balun。
历史部分到此结束，下面看一些更现代的例子。
两个现代案例
案例1：不等长双绞线
考虑一条双绞线，其中一根导线比另一根更长。假设噪声在两根线上均匀耦合。
通常情况下，共模电流会相互抵消。但由于传播路径长度不同，在接收端会产生相位差，导致抵消不完全。
因此，虽然耦合强度相似，但该系统不能被视为“平衡系统”。
案例2：同轴 + 双绞线混合系统
假设一个同轴电缆在自由空间中，通过阻抗匹配网络连接到双绞线，两者都以特性阻抗终端匹配。
系统工作在 433 MHz，且没有明确接地平面，也没有反射或天线结构。
表面看起来系统应该很稳定，但实际情况却是：系统对噪声极其敏感，同时辐射干扰也很强。即使人靠近电缆，也会影响信号强度。
进一步分析发现，在同轴与双绞线的连接处发生了模式转换（mode conversion）。本质原因是：对称结构（双绞线）与非对称结构（同轴）之间的连接，会天然引入不平衡。
平衡的定义
关于“平衡系统”，存在多种定义：
Henry Ott：平衡电路是指两条导体相对于参考点（通常是地）具有相同非零阻抗的电路系统。 W. L. Weeks：平衡系统是两导体分别处于地电位上下相同幅度的系统。 同一作者另一种定义：两半对称系统中电流大小相等但方向相反则为平衡，否则为不平衡。
因此，“平衡”至少涉及三种维度：
阻抗平衡 电位平衡 电流平衡
本文将其简化为两种定义：
- 耦合定义（Coupling Definition）
- 点定义（Point Definition）
耦合定义 vs 点定义
耦合定义：当两条导体相对于系统地或第三导体具有相同耦合特性时，系统是平衡的。
点定义：在传输线的某一位置上，两条导体电流大小相等、方向相反，则该位置是平衡的。
总结
本文通过多个工程实例探讨了“电气平衡”的不同含义，并最终归纳为两种核心定义：耦合意义上的平衡与电流意义上的平衡。
这些定义帮助我们更清晰理解差分信号、共模电流以及模式转换之间的关系。
原文：
https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/the-many-definitions-of-electrical-balance/
容易混淆的概念：阻抗匹配
阻抗匹配解决的是“信号有没有反射、能不能把功率送过去”，属于端点问题。
而“平衡”关注的是两根导线之间是否等幅反相、结构是否对称，属于模式和结构问题。
匹配可以很好但系统仍然不平衡（产生共模电流、辐射、EMI问题），所以两者是相关但完全不同的概念。
推荐视频：
