關(guān)于平衡放大器的噪聲系數(shù)的問題

前陣子，和號友討論問題，她說她們的接收機(jī)的帶寬很寬，然后非線性又要求高，駐波還也需要小。

腦子里突然閃過剛參加工作時(shí)，看低噪書籍的時(shí)候，上面有一章節(jié)講平衡放大器的。

然后又過了一兩天，又有號友在后臺問關(guān)于平衡放大器的噪聲系數(shù)的問題。

突然，一下子來了點(diǎn)興趣。

畢業(yè)工作到現(xiàn)在，都沒什么機(jī)會用到平衡放大器?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，原來在指標(biāo)嚴(yán)苛的地方，大家還是在用這種拓?fù)浼軜?gòu)。

平衡放大器是用兩路放大器+兩個(gè)90度3dB電橋組成，如下圖所示。功率由A1端輸入，等分為兩部分P1和P2兩部分。P1被移相-180度，P2被移相-90度，然后分別由兩個(gè)放大器放大。

如果兩個(gè)放大器的增益相等，且傳輸相移皆為0度，則兩路放大后的信號功率分別為GP1和GP2，GP1的相位是-180度，GP2的相位是-90度。

這兩路信號，在RF OUT處同相位，所以功率疊加；在B4端口中，相位相差180度，因而理想情況下沒有輸出。

所以：

Pout=GP1+GP2=G(P1+P2)=GPin

因此，平衡放大器的增益等于單個(gè)放大器的增益。

那你也許會說，既然增益都一樣，那為啥還要額外增加三個(gè)器件呢，是吃飽了沒事干嗎？

當(dāng)然不是啦。

平衡放大器除了多用器件，成本高之外，它在性能方面基本上都是優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)1：輸入駐波比好。

假設(shè)RF In的信號，分成兩部分信號。

一部分是由A1端口到A2端口，A2端口的功率再返回到A1端口，總相移是-360度；另一部分是由A1端口到A3端口，A3端口的功率再返回到A1端口，總相移是-180度。所以兩部分信號反射回來后，相位相反，功率抵消，因此A1端口沒有反射信號。

所以輸入駐波，理論上變得很好。

而從A2和A3反射回來的信號在A4端口疊加，此時(shí)需要在A4端口接一匹配負(fù)載，來吸收反射功率。

優(yōu)點(diǎn)2：輸出駐波好。

假設(shè)RF OUT端有反射信號進(jìn)來，分成兩部分。

一部分是由B1端口到B2端口，B2端口的功率再返回到B1端口，總相移是-360度；另一部分是由B1端口到B3端口，B3端口的功率再返回到B1端口，總相移是-180度。所以兩部分信號反射回來后，相位相反，功率抵消，因此B1端口看不到反射信號。

所以輸出駐波比，理論上變得很好。

而從B2和B3反射回來的信號在B4端口疊加，此時(shí)需要在B4端口接一匹配負(fù)載，來吸收反射功率。

優(yōu)點(diǎn)三：OIP3和P1dB點(diǎn)都double

優(yōu)點(diǎn)四：穩(wěn)定性變好。

當(dāng)電路理想的時(shí)候，輸入端口和輸出端口是無反射的，所以即使單個(gè)放大器本身具有潛在不穩(wěn)定性，但是從平衡放大器的輸入端口和輸出端口看，是絕對穩(wěn)定的。

優(yōu)點(diǎn)五：噪聲系數(shù)好。

平衡放大器的最低噪聲系數(shù)和單個(gè)放大器是相同的，但是在設(shè)計(jì)匹配電路的時(shí)候，可以完全按照最佳噪聲匹配來設(shè)計(jì)，以獲得理想的最小噪聲匹配，不需要兼顧駐波比。

當(dāng)然，如果考慮3dB電橋的非理想性的話，噪聲系數(shù)還是會比單個(gè)放大器要大一點(diǎn)。

至于，為啥平衡放大器的噪聲系數(shù)沒有比單個(gè)放大器大3dB，文獻(xiàn)[3]上有推導(dǎo)，但是我還沒看懂。

優(yōu)點(diǎn)六：可靠性要高點(diǎn)

因?yàn)橛袃蓚€(gè)管子，壞了一個(gè)放大器的話，還能湊合著用，雖然輸出功率低了點(diǎn)。比單個(gè)放大器的可靠性要高點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]?https://blog.minicircuits.com/a-practical-introduction-to-rf-microwave-balanced-amplifiers-and-their-applications/

[2]?微波集成電路，?國防工業(yè)出版社

[3] Noise Figure of a balanced amplifier , Akif Alperen Coskun

編輯：黃飛

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