《二端口網(wǎng)絡(luò)基本理論綜述》1900字

第11頁(yè)（共22頁(yè)）二端口網(wǎng)絡(luò)基本理論綜述二端口網(wǎng)絡(luò)是指是指具有兩個(gè)外接端口的電路網(wǎng)絡(luò)，它相當(dāng)于一個(gè)黑匣子，能將某一部分電路用對(duì)外特性參數(shù)進(jìn)行描述，這樣做的好處在于不必詳細(xì)考慮內(nèi)部元件特性，只需知道描述二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，當(dāng)一個(gè)端口的電壓或電流改變時(shí)便可以很容易得出另一端口的電壓電流值。GaNHEMT器件在應(yīng)用時(shí)源極通常接地，因此可將其視為二端口網(wǎng)絡(luò)，用等效電路模型模擬真實(shí)的GaNHEMT器件小信號(hào)下的工作狀態(tài)便可以運(yùn)用這一思想，只要把它們分別看作二端口網(wǎng)絡(luò)，令其特征參數(shù)值盡可能接近即可達(dá)到近似替代的效果。圖1-2二端口網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖所示，U1是輸入電壓，U2是輸出電壓，i1是輸入電流，i2是輸出電流。二端口網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)特征參數(shù)如下：（1）Z參數(shù)：Z參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路阻抗參數(shù)，Z11ZZZZZ參數(shù)矩陣為：U（2）Y參數(shù)：Y參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)的短路導(dǎo)納參數(shù)，Y11YYYYY參數(shù)矩陣為：I（3）S參數(shù)：S參數(shù)是散射參數(shù)，是建立在入射波、反射波關(guān)系基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以器件端口的反射信號(hào)以及從該端口傳向另一端口的信號(hào)來(lái)描述電路網(wǎng)絡(luò)，高頻電路網(wǎng)絡(luò)分析中常常需要用到S參數(shù)。圖1-3散射系數(shù)示意圖如圖所示，a1為輸入端口歸一化入射功率波，b1為輸出端口歸一化反射功率波，a2為輸出端口歸一化入射功率波，b2為輸入端口歸一化反射功率波,則S參數(shù)定義式為：SSSSS參數(shù)矩陣為：b其中，S11為輸入反射系數(shù)，也就是輸入回波損耗；S22為輸出反射系數(shù)，也就是輸出回波損耗；S12為反向傳輸系數(shù)，也就是隔離；S21為正向傳輸系數(shù)，也就是增益。在進(jìn)行GaNHEMT小信號(hào)等效電路建模時(shí)，為方便計(jì)算寄生電容、電感、電阻值，我們需要將S參數(shù)轉(zhuǎn)化為Y、Z參數(shù)，設(shè)Z0n是端口的特征阻抗，則轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：ZGGYZ 除此之外，匹配理論在射頻電路設(shè)計(jì)中也尤為重要，匹配除了具有改變阻抗、增加功率傳輸、減少功率損耗的作用外，還具有減少噪聲，提高線性度等作用。對(duì)于一個(gè)給定的信號(hào)源，其內(nèi)阻是固定的，而負(fù)載電阻R則是由我們來(lái)選擇的。即當(dāng)負(fù)載電阻跟信號(hào)源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說(shuō)的阻抗匹配，此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路。但當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時(shí)，結(jié)論有所改變，就是需要信號(hào)源與負(fù)載阻抗的的實(shí)部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫做共扼匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問(wèn)題，只考慮信號(hào)源跟負(fù)載之間的情況，因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長(zhǎng)相對(duì)于傳輸線來(lái)說(shuō)很長(zhǎng)，傳輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮。從以上分析我們可以得出結(jié)論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負(fù)載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負(fù)載R；如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號(hào)源內(nèi)阻匹配的電阻R。有時(shí)阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負(fù)載條件下設(shè)計(jì)的，如果負(fù)載條件改變了，則可能達(dá)不到原來(lái)的性能，這時(shí)我們也會(huì)叫做阻抗失配。在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問(wèn)題。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)，則信號(hào)的波長(zhǎng)就很短，當(dāng)波長(zhǎng)短得跟傳輸線長(zhǎng)度可以比擬時(shí)，反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)盘?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等（即不匹配）時(shí)，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射。傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由傳輸線的結(jié)構(gòu)以及材料決定的，而與傳輸線的長(zhǎng)度，以及信號(hào)的幅度、頻率等均無(wú)關(guān)。如果阻抗不匹配，則會(huì)形成反射，能量傳遞不過(guò)去，降低效率；會(huì)在傳輸線上形成駐波，就是有些地方信號(hào)強(qiáng)，有些地方信號(hào)弱，導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低，功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號(hào)線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。通常匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)包括了集總元件匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、分立元件匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和混合型匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)這三種類(lèi)型。我們所熟悉的匹配網(wǎng)絡(luò)包括輸出端阻抗匹配，級(jí)間阻抗匹配和輸入端阻抗匹配等。匹配網(wǎng)絡(luò)的目的就是為了實(shí)現(xiàn)阻抗變換，通過(guò)在有源器件與負(fù)載之間和有源器件與源之間插入一個(gè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)阻抗的轉(zhuǎn)變，使得電路功率傳輸?shù)茸畲蠡?偏置電路在功率放大器中，直流信號(hào)與交流信號(hào)是不可或缺的兩個(gè)部分，但是又不希望兩者之間會(huì)互相影響，因此在直流信號(hào)部分加入偏置網(wǎng)絡(luò)來(lái)隔離開(kāi)