平衡放大器的優(yōu)點(diǎn)

1、平衡放大器的優(yōu)點(diǎn)1綜述12平衡放大器簡(jiǎn)介13平衡放大器的優(yōu)點(diǎn)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(duì)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(diǎn)和缺點(diǎn)項(xiàng)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(cuò)溫度變化對(duì)放大器整體性能的影響差，且和采用的元件關(guān)系很大很好長(zhǎng)期穩(wěn)定性困難容易元件的離散性對(duì)放大器整體性能的影響差好三階

2、截止點(diǎn)IP3-優(yōu)于6dB1dB壓縮點(diǎn)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(jià)格低于2倍-集成度好差尺寸小大2 平衡放大器簡(jiǎn)介圖1圖示了一個(gè)平衡放大器的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相似的（經(jīng)過(guò)挑選的）單端放大器被并聯(lián)，兩個(gè)分支分別稱之為102a 和 102b。輸入信號(hào)105通過(guò)一個(gè)90º混合功率分路器100均等地分配并饋入兩個(gè)單端放大器的輸入端。然后，每個(gè)放大器輸出的放大信號(hào)由一個(gè)90º混合功率合路器103合成一個(gè)信號(hào)輸出106。圖1：一個(gè)平衡放大器的結(jié)構(gòu)圖3 平衡放大器的優(yōu)點(diǎn)舉一個(gè)例子：一個(gè)單端放大器和平衡放大器（他們都使用NE334S01砷化鎵場(chǎng)效

3、應(yīng)管）在3.2 3.8 GHz頻段的。其中平衡放大器在每一個(gè)分支上使用一個(gè)單端放大器。3.1 回波特性和噪聲系數(shù)圖2畫(huà)出了一個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管的單端低噪聲放大器的原理圖圖3圖示了NE334S01砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管具有良好的噪聲阻抗。在這個(gè)圖中，在3.4 GHz最佳的噪聲源阻抗被定位在A點(diǎn)，在史密斯圖中，A點(diǎn)遠(yuǎn)離50歐姆匹配點(diǎn)的中心。換句話說(shuō)，如果想得到最低的噪聲系數(shù)，那回波損耗將很差。如果設(shè)計(jì)一個(gè)在回波損耗上比較好的放大器，那大約會(huì)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(gè)NCI圓表示增加0.25 dB的噪聲系數(shù)。在頻率3.4GHZ時(shí)NE334S01有一個(gè)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(cè)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(chǎng)效應(yīng)管的單端放大器的測(cè)試性能圖5圖示了由2個(gè)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(shí)候總噪聲系數(shù)是0.42 dB。同時(shí)輸出回波損耗也有較大的增強(qiáng)。圖5：使用兩個(gè)由NE334S01砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)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(gè)分支放大器使用的固定負(fù)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(shuō)放大器的輸入和輸出實(shí)際負(fù)載對(duì)分支放大器的負(fù)載沒(méi)有太大的影響。相反，單端放大器的影響會(huì)影響實(shí)際的負(fù)載。尤其是負(fù)載為一個(gè)帶通濾波器的時(shí)候，在某些頻率范圍會(huì)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(gè)50歐姆的負(fù)載，在其阻帶內(nèi)卻表現(xiàn)為開(kāi)路或短路。開(kāi)路或短路是單端放大器不穩(wěn)定的原因。圖6說(shuō)明了平衡放大器的剛性系數(shù)K。當(dāng)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(gè)范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。圖7說(shuō)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(gè)范圍內(nèi)單端放大器才能相對(duì)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(fù)載的時(shí)候可能會(huì)自激。圖6：使用NE334S01 場(chǎng)效應(yīng)管的平衡放大器的剛性系數(shù)K圖7: 使用NE334S01 場(chǎng)效應(yīng)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(duì)放大器整體性能的影響所有的元器件包括場(chǎng)效應(yīng)管和電路板都有一定的離散性。此外，每個(gè)元件的性能還隨溫度的變化而變化。圖8說(shuō)明了平衡放大器的蒙特卡羅分析。當(dāng)商業(yè)應(yīng)用時(shí)溫度的改變引起的元件值的變化對(duì)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?yàn)樵谄胶夥糯笃鞯膬蓚€(gè)分支放大器的參數(shù)是同時(shí)改變的。離散性會(huì)被90º合路器和分路器所消除。圖9說(shuō)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(guān)注的。圖8：平衡放大器的蒙特卡羅分析圖9：?jiǎn)味朔糯笃髟谙嗤闆r下的蒙特卡羅分析3.4 其他的比較通過(guò)上面的討論，我們可以認(rèn)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(shì)。平衡放大器一個(gè)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