平衡放大器的優(yōu)點

1、平衡放大器的優(yōu)點1綜述12平衡放大器簡介13平衡放大器的優(yōu)點23.1回波特性和噪聲系數(shù)23.2剛性系數(shù)K43.3元器件的離散性和溫度變化對放大器整體性能的影響53.4其他的比較61 綜述平衡放大器由于他的低噪聲特性，被廣泛用于微波波段的低噪聲功率放大。他比單端放大器有更好的穩(wěn)定性和輸入輸出回波損耗。表1是。表1：平衡放大器和單端放大器的優(yōu)點和缺點項目單端放大器平衡放大器輸入輸出回波損耗較好或者差很好較好的噪聲特性和較好的回波損耗之間的匹配特性匹配很困難容易匹配，且匹配特性不錯溫度變化對放大器整體性能的影響差，且和采用的元件關系很大很好長期穩(wěn)定性困難容易元件的離散性對放大器整體性能的影響差好三階

2、截止點IP3-優(yōu)于6dB1dB壓縮點輸出功率P1dB-優(yōu)于6dB總功率耗散<3dB-可靠性-比單端放大器高2倍價格低于2倍-集成度好差尺寸小大2 平衡放大器簡介圖1圖示了一個平衡放大器的結(jié)構(gòu)。兩個相似的（經(jīng)過挑選的）單端放大器被并聯(lián)，兩個分支分別稱之為102a 和 102b。輸入信號105通過一個90º混合功率分路器100均等地分配并饋入兩個單端放大器的輸入端。然后，每個放大器輸出的放大信號由一個90º混合功率合路器103合成一個信號輸出106。圖1：一個平衡放大器的結(jié)構(gòu)圖3 平衡放大器的優(yōu)點舉一個例子：一個單端放大器和平衡放大器（他們都使用NE334S01砷化鎵場效

3、應管）在3.2 3.8 GHz頻段的。其中平衡放大器在每一個分支上使用一個單端放大器。3.1 回波特性和噪聲系數(shù)圖2畫出了一個單端低噪聲放大器的原理圖，PCB的材料是RO4003,厚度20mil，½ 盎司銅箔。圖2：使用NE334S01砷化鎵場效應管的單端低噪聲放大器的原理圖圖3圖示了NE334S01砷化鎵場效應管具有良好的噪聲阻抗。在這個圖中，在3.4 GHz最佳的噪聲源阻抗被定位在A點，在史密斯圖中，A點遠離50歐姆匹配點的中心。換句話說，如果想得到最低的噪聲系數(shù)，那回波損耗將很差。如果設計一個在回波損耗上比較好的放大器，那大約會增加0.5dB的噪聲系數(shù)?？梢詮膱D3的等效噪聲圓N

4、CI看到。每個NCI圓表示增加0.25 dB的噪聲系數(shù)。在頻率3.4GHZ時NE334S01有一個最佳的噪聲系數(shù)0.35 dB。圖4：NE334S01 FET適宜的噪聲阻抗圖4圖示了單端放大器的測試性能。為了有0.35 dB的噪聲系數(shù)，輸入回波損耗就低于2 dB圖4：使用NE334S01砷化鎵場效應管的單端放大器的測試性能圖5圖示了由2個單端放大器組成的平衡放大器。在輸入回波損耗為17 dB的時候總噪聲系數(shù)是0.42 dB。同時輸出回波損耗也有較大的增強。圖5：使用兩個由NE334S01砷化鎵場效應管組成的單端放大器組合的平衡放大器的性能3.2 剛性系數(shù)K由于每個分支放大器使用的固定負載接近5

5、0歐姆或75歐姆。因此，平衡放大器性能比較穩(wěn)定，也就是說放大器的輸入和輸出實際負載對分支放大器的負載沒有太大的影響。相反，單端放大器的影響會影響實際的負載。尤其是負載為一個帶通濾波器的時候，在某些頻率范圍會使放大器性能不穩(wěn)定，帶通濾波器在其通帶內(nèi)表現(xiàn)為一個50歐姆的負載，在其阻帶內(nèi)卻表現(xiàn)為開路或短路。開路或短路是單端放大器不穩(wěn)定的原因。圖6說明了平衡放大器的剛性系數(shù)K。當在從50 MHz 到10 GHz的全頻譜內(nèi)剛性系數(shù)K都大于1，放大器可以在這個范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。圖7說明了單端放大器的剛性系數(shù)K，其剛性系數(shù)K在1 GHz 到4.3 GHz范圍內(nèi)都小于1，在這個范圍內(nèi)單端放大器才能相對穩(wěn)定。另外

6、，單端放大器在1 GHz 到4.3 GHz范圍內(nèi)碰到特定的一些負載的時候可能會自激。圖6：使用NE334S01 場效應管的平衡放大器的剛性系數(shù)K圖7: 使用NE334S01 場效應管的單端 放大器的剛性系數(shù)K3.3 元器件的離散性和溫度變化對放大器整體性能的影響所有的元器件包括場效應管和電路板都有一定的離散性。此外，每個元件的性能還隨溫度的變化而變化。圖8說明了平衡放大器的蒙特卡羅分析。當商業(yè)應用時溫度的改變引起的元件值的變化對增益S21、回波損耗S11和S22、隔離度S12和噪聲系數(shù)NF的變化影響不是太大，因為在平衡放大器的兩個分支放大器的參數(shù)是同時改變的。離散性會被90º合路器和分路器所消除。圖9說明了單端放大器在相同情況下的蒙特卡羅分析，尤其值得注意的是輸出回波損耗的改變，同樣通帶的變化也是值得關注的。圖8：平衡放大器的蒙特卡羅分析圖9：單端放大器在相同情況下的蒙特卡羅分析3.4 其他的比較通過上面的討論，我們可以認為平衡放大器比單端放大器在可靠性和冗余性方面有更多的優(yōu)勢。平衡放大器一個放大分支損壞后表現(xiàn)為放大器性能的下降，放大器的增益和噪聲系數(shù)只降低3dB，不至于使放大器停止工作。平衡放