平衡放大器是用两路放大器+两个90度3db电桥组成,如下图所示。功率由a1端输入,等分为两部分p1和p2两部分。p1被移相-180度,p2被移相-90度,然后分别由两个放大器放大。
如果两个放大器的增益相等,且传输相移皆为0度,则两路放大后的信号功率分别为gp1和gp2,gp1的相位是-180度,gp2的相位是-90度。
这两路信号,在rf out处同相位,所以功率叠加;在b4端口中,相位相差180度,因而理想情况下没有输出。
所以:
pout=gp1+gp2=g(p1+p2)=gpin
因此,平衡放大器的增益等于单个放大器的增益。
那你也许会说,既然增益都一样,那为啥还要额外增加三个器件呢,是吃饱了没事干吗?
当然不是啦。
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优点。
优点1:输入驻波比好。
假设rf in的信号,分成两部分信号。
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,总相移是-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,总相移是-180度。所以两部分信号反射回来后,相位相反,功率抵消,因此a1端口没有反射信号。
所以输入驻波,理论上变得很好。
而从a2和a3反射回来的信号在a4端口叠加,此时需要在a4端口接一匹配负载,来吸收反射功率。
优点2:输出驻波好。
假设rf out端有反射信号进来,分成两部分。
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,总相移是-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,总相移是-180度。所以两部分信号反射回来后,相位相反,功率抵消,因此b1端口看不到反射信号。
所以输出驻波比,理论上变得很好。
而从b2和b3反射回来的信号在b4端口叠加,此时需要在b4端口接一匹配负载,来吸收反射功率。
优点三:oip3和p1db点都double
优点四:稳定性变好。
当电路理想的时候,输入端口和输出端口是无反射的,所以即使单个放大器本身具有潜在不稳定性,但是从平衡放大器的输入端口和输出端口看,是绝对稳定的。
优点五:噪声系数好。
平衡放大器的最低噪声系数和单个放大器是相同的,但是在设计匹配电路的时候,可以完全按照最佳噪声匹配来设计,以获得理想的最小噪声匹配,不需要兼顾驻波比。
当然,如果考虑3db电桥的非理想性的话,噪声系数还是会比单个放大器要大一点。
至于,为啥平衡放大器的噪声系数没有比单个放大器大3db,文献[3]上有推导,但是我还没看懂。
优点六:可靠性要高点
因为有两个管子,坏了一个放大器的话,还能凑合着用,虽然输出功率低了点。比单个放大器的可靠性要高点。
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