《二端口网络基本理论综述》1900字

第11页（共22页）二端口网络基本理论综述二端口网络是指是指具有两个外接端口的电路网络，它相当于一个黑匣子，能将某一部分电路用对外特性参数进行描述，这样做的好处在于不必详细考虑内部元件特性，只需知道描述二端口网络的参数，当一个端口的电压或电流改变时便可以很容易得出另一端口的电压电流值。GaNHEMT器件在应用时源极通常接地，因此可将其视为二端口网络，用等效电路模型模拟真实的GaNHEMT器件小信号下的工作状态便可以运用这一思想，只要把它们分别看作二端口网络，令其特征参数值尽可能接近即可达到近似替代的效果。图1-2二端口网络示意图如图所示，U1是输入电压，U2是输出电压，i1是输入电流，i2是输出电流。二端口网络的几个特征参数如下：（1）Z参数：Z参数是网络的开路阻抗参数，Z11ZZZZZ参数矩阵为：U（2）Y参数：Y参数是网络的短路导纳参数，Y11YYYYY参数矩阵为：I（3）S参数：S参数是散射参数，是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络，高频电路网络分析中常常需要用到S参数。图1-3散射系数示意图如图所示，a1为输入端口归一化入射功率波，b1为输出端口归一化反射功率波，a2为输出端口归一化入射功率波，b2为输入端口归一化反射功率波,则S参数定义式为：SSSSS参数矩阵为：b其中，S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗；S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗；S12为反向传输系数，也就是隔离；S21为正向传输系数，也就是增益。在进行GaNHEMT小信号等效电路建模时，为方便计算寄生电容、电感、电阻值，我们需要将S参数转化为Y、Z参数，设Z0n是端口的特征阻抗，则转换关系如下：ZGGYZ 除此之外，匹配理论在射频电路设计中也尤为重要，匹配除了具有改变阻抗、增加功率传输、减少功率损耗的作用外，还具有减少噪声，提高线性度等作用。对于一个给定的信号源，其内阻是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的。即当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配，此结论同样适用于低频电路及高频电路。但当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等，虚部互为相反数，这叫做共扼匹配。在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑。从以上分析我们可以得出结论：如果我们需要输出电流大，则选择小的负载R；如果我们需要输出电压大，则选择大的负载R；如果我们需要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。有时阻抗不匹配还有另外一层意思，例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的，如果负载条件改变了，则可能达不到原来的性能，这时我们也会叫做阻抗失配。在高频电路中，我们还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射。传输线的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由传输线的结构以及材料决定的，而与传输线的长度，以及信号的幅度、频率等均无关。如果阻抗不匹配，则会形成反射，能量传递不过去，降低效率；会在传输线上形成驻波，就是有些地方信号强，有些地方信号弱，导致传输线的有效功率容量降低，功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。通常匹配网络设计包括了集总元件匹配网络设计、分立元件匹配网络设计和混合型匹配网络设计这三种类型。我们所熟悉的匹配网络包括输出端阻抗匹配，级间阻抗匹配和输入端阻抗匹配等。匹配网络的目的就是为了实现阻抗变换，通过在有源器件与负载之间和有源器件与源之间插入一个无源网络，实现阻抗的转变，使得电路功率传输等最大化。 偏置电路在功率放大器中，直流信号与交流信号是不可或缺的两个部分，但是又不希望两者之间会互相影响，因此在直流信号部分加入偏置网络来隔离开