1、福州 唯隆科技 【1】平衡放大器的优点平衡放大器的优点1 综述 12 平衡放大器简介 13 平衡放大器的优点 23.1 回波特性和噪声系数 23.2 刚性系数 K.43.3 元器件的离散性和温度变化对放大器整体性能的影响 53.4 其他的比较 61 综述平衡放大器由于他的低噪声特性，被广泛用于微波波段的低噪声功率放大。他比单端放大器有更好的稳定性和输入输出回波损耗。表 1 是。表 1：平衡放大器和单端放大器的优点和缺点项目 单端放大器 平衡放大器输入输出回波损耗 较好或者差 很好较好的噪声特性和较好的回波损耗之间的匹配特性匹配很困难 容易匹配，且匹配特性不错温度变化对放大器整体性能的影响差，且
2、和采用的元件关系很大很好长期稳定性 困难 容易元件的离散性对放大器整体性能的影响差 好三阶截止点 IP3 - 优于 6dB1dB 压缩点输出功率 P1dB - 优于 6dB总功率耗散 3dB -可靠性 - 比单端放大器高 2 倍价格 低于 2 倍 -集成度 好 差尺寸 小 大2 平衡放大器简介图 1 图示了一个平衡放大器的结构。两个相似的（经过挑选的）单端放大器被并联，两个分支分别称之为 102a 和 102b。输入信号 105 通过一个 90 混合功率分路器 100 均等地分配并馈入两个单端放大器的输入端。然后，每个放大器输出的放大信号由一个 90 混合功率合路器 103 合成一个信号输出
3、106。福州 唯隆科技 【2】图 1：一个平衡放大器的结构图3 平衡放大器的优点举一个例子：一个单端放大器和平衡放大器（他们都使用 NE334S01 砷化镓场效应管）在 3.2 3.8 GHz 频段的。其中平衡放大器在每一个分支上使用一个单端放大器。3.1 回波特性和噪声系数图 2 画出了一个单端低噪声放大器的原理图，PCB 的材料是 RO4003,厚度 20mil， 盎司铜箔。图 2：使用 NE334S01 砷化镓场效应管的单端低噪声放大器的原理图图 3 图示了 NE334S01 砷化镓场效应管具有良好的噪声阻抗。在这个图中，在 3.4 GHz 最佳的噪声源阻抗被定位在 A 点，在史密斯图中
4、， A 点远离 50 欧姆匹配点的中心。换句话说，如果想得到最低的噪声系数，那回波损耗将很差。如果设计一个在回波损耗上比较好的放大器，那大约会增加0.5dB 的噪声系数。可以从图 3 的等效噪声圆 NCI 看到。每个 NCI 圆表示增加 0.25 dB 的噪声系数。在频率 3.4GHZ 时 NE334S01 有一个最佳的噪声系数 0.35 dB。福州 唯隆科技 【3】图 4：NE334S01 FET 适宜的噪声阻抗图 4 图示了单端放大器的测试性能。为了有 0.35 dB 的噪声系数，输入回波损耗就低于 2 dB图 4：使用 NE334S01 砷化镓场效应管的单端放大器的测试性能图 5 图示了
5、由 2 个单端放大器组成的平衡放大器。在输入回波损耗为 17 dB 的时候总噪声系数是0.42 dB。同时输出回波损耗也有较大的增强。福州 唯隆科技 【4】图 5：使用两个由 NE334S01 砷化镓场效应管组成的单端放大器组合的平衡放大器的性能3.2 刚性系数 K由于每个分支放大器使用的固定负载接近 50 欧姆或 75 欧姆。因此，平衡放大器性能比较稳定，也就是说放大器的输入和输出实际负载对分支放大器的负载没有太大的影响。相反，单端放大器的影响会影响实际的负载。尤其是负载为一个带通滤波器的时候，在某些频率范围会使放大器性能不稳定，带通滤波器在其通带内表现为一个 50 欧姆的负载，在其阻带内却
6、表现为开路或短路。开路或短路是单端放大器不稳定的原因。图 6 说明了平衡放大器的刚性系数 K。当在从 50 MHz 到 10 GHz 的全频谱内刚性系数 K 都大于 1，放大器可以在这个范围内稳定工作。图 7 说明了单端放大器的刚性系数K，其刚性系数 K 在 1 GHz 到 4.3 GHz 范围内都小于 1，在这个范围内单端放大器才能相对稳定。另外，单端放大器在 1 GHz 到 4.3 GHz 范围内碰到特定的一些负载的时候可能会自激。图 6：使用 NE334S01 场效应管的平衡放大器的刚性系数 K福州 唯隆科技 【5】图 7: 使用 NE334S01 场效应管的单端 放大器的刚性系数 K3
7、.3 元器件的离散性和温度变化对放大器整体性能的影响所有的元器件包括场效应管和电路板都有一定的离散性。此外，每个元件的性能还随温度的变化而变化。图 8 说明了平衡放大器的蒙特卡罗分析。当商业应用时温度的改变引起的元件值的变化对增益 S21、回波损耗 S11 和 S22、隔离度 S12 和噪声系数 NF 的变化影响不是太大，因为在平衡放大器的两个分支放大器的参数是同时改变的。离散性会被 90 合路器和分路器所消除。图 9 说明了单端放大器在相同情况下的蒙特卡罗分析，尤其值得注意的是输出回波损耗的改变，同样通带的变化也是值得关注的。图 8：平衡放大器的蒙特卡罗分析福州 唯隆科技 【6】图 9：单端放大器在相同情况下的蒙特卡罗分析3.4 其他的比较通过上面的讨论，我们可以认为平衡放大器比单端放大器在可靠性和冗余性方面有更多的优势。平衡放大器一个放大分支损坏后表现为放大器性能的下降，放大器的增益和噪声系数只降低 3dB，不至于使放大器停止工作。平衡放大器也有下列缺点： 需要两个放大分支，元器件数量要加倍，还需要功率合路器和分路器使得电路集成度降低 元件多，成本也昂贵但是，平衡放大器由于它的高性能及广泛的适用性使得它在基础电信设备高端应用方面是最佳选择。
