1 綜述 1
2 平衡放大器簡介 1
3 平衡放大器的優點 2
3.1 回波特性和雜訊係數 2
3.2 剛性係數k 4
3.3 元器件的離散性和溫度變化對放大器整體效能的影響 5
3.4 其他的比較 6
平衡放大器由於他的低雜訊特性，被廣泛用於微波波段的低雜訊功率放大。他比單端放大器有更好的穩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點和缺點
圖1圖示了乙個平衡放大器的結構。兩個相似的（經過挑選的）單端放大器被併聯，兩個分支分別稱之為102a 和 102b。輸入訊號105通過乙個90混合功率分路器100均等地分配並饋入兩個單端放大器的輸入端。
然後，每個放大器輸出的放大訊號由乙個90混合功率合路器103合成乙個訊號輸出106。
圖1：乙個平衡放大器的結構圖
舉乙個例子：乙個單端放大器和平衡放大器（他們都使用ne334s01砷化鎵場效電晶體）在3.2 ~3.8 ghz頻段的。其中平衡放大器在每乙個分支上使用乙個單端放大器。
圖2畫出了乙個單端低雜訊放大器的原理圖，pcb的材料是ro4003,厚度20mil， 盎司銅箔。
圖2：使用ne334s01砷化鎵場效電晶體的單端低雜訊放大器的原理圖
圖3圖示了ne334s01砷化鎵場效電晶體具有良好的雜訊阻抗。在這個圖中，在3.4 ghz最佳的雜訊源阻抗被定位在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，如果想得到最低的雜訊係數，那回波損耗將很差。如果設計乙個在回波損耗上比較好的放大器，那大約會增加0.5db的雜訊係數。
可以從圖3的等效雜訊圓nci看到。每個nci圓表示增加0.25 db的雜訊係數。
在頻率3.4ghz時ne334s01有乙個最佳的雜訊係數0.35 db。
圖4：ne334s01 fet適宜的雜訊阻抗
圖4圖示了單端放大器的測試效能。為了有0.35 db的雜訊係數，輸入回波損耗就低於2 db
圖4：使用ne334s01砷化鎵場效電晶體的單端放大器的測試效能
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的時候總雜訊係數是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砷化鎵場效電晶體組成的單端放大器組合的平衡放大器的效能
由於每個分支放大器使用的固定負載接近50歐姆或75歐姆。因此，平衡放大器效能比較穩定，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。
尤其是負載為乙個帶通濾波器的時候，在某些頻率範圍會使放大器效能不穩定，帶通濾波器在其通帶內表現為乙個50歐姆的負載，在其阻帶內卻表現為開路或短路。開路或短路是單端放大器不穩定的原因。圖6說明了平衡放大器的剛性係數k。
當在從50 mhz 到10 ghz的全頻譜內剛性係數k都大於1，放大器可以在這個範圍內穩定工作。圖7說明了單端放大器的剛性係數k，其剛性係數k在1 ghz 到4.3 ghz範圍內都小於1，在這個範圍內單端放大器才能相對穩定。
另外，單端放大器在1 ghz 到4.3 ghz範圍內碰到特定的一些負載的時候可能會自激。
圖6：使用ne334s01 場效電晶體的平衡放大器的剛性係數k
圖7: 使用ne334s01 場效電晶體的單端放大器的剛性係數k
所有的元器件包括場效電晶體和電路板都有一定的離散性。此外，每個元件的效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和雜訊係數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引數是同時改變的。離散性會被90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
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餘性方面有更多的優勢。平衡放大器乙個放大分支損壞後表現為放大器效能的下降，放大器的增益和雜訊係數只降低3db，不至於使放大器停止工作。平衡放大器也有下列缺點：
● 需要兩個放大分支，元器件數量要加倍，還需要功率合路器和分路器使得電路整合度降低
● 元件多，成本也昂貴
但是，平衡放大器由於它的高效能及廣泛的適用性使得它在基礎電信裝置高階應用方面是最佳選擇。
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