基于谐波平衡法非线性散射函数仿真技术的研究

论文摘要

微波有源电路的设计和研究一直是微波技术领域的主要课题,在理论和实践方面都积累了丰富的知识和经验,小信号S参数可以说在这里起到了举足轻重的作用,但是在大信号的状态下,微波器件通常都工作在非线性区,传统的小信号S参数已经不能满足我们对非线性器件的设计要求。由此我们提出了一种表征器件大信号工作特性的参数——非线性散射函数。我们首次从理论上提出了这一概念,并且对它进行了明确的定义、物理含义的归纳以及在实际中搭建了一套完整的测试系统来对它进行有效的测量。本论文的内容主要是从微波功率器件建模理论出发,根据非线性散射函数建模技术得到器件的非线性散射函数,而且搭建了测试系统对实际的功率器件进行测量,得到实际测试出的非线性散射函数,两者进行比较得出最后的结论。首先,本文从场效应管的传统建模方法入手,建立了微波功率FET的小信号模型,然后通过测试FET的直流特性曲线,拟合得到它的大信号模型,最后利用谐波平衡法对器件的模型进行非线性分析。不同以往的谐波平衡算法,在这里我们提出了转换矩阵的概念,采用全频域的谐波平衡算法,使得计算的效率得到了大幅度的提高。在计算非线性散射函数的过程中我们采用了广义S参数的办法成功的用谐波平衡分析得到了器件的非线性散射函数模型。于此同时我们在前一年搭建的系统的基础上,把频率扩展到20GHz,加入了相位校准,创新性的在二端口加入一个调配器,进一步得到了非线性散射函数的第四、五、六列。最后本文比较了测试结果和仿真结果,得到了比较满意的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的来源及研究的目的和意义
• 1.3 国内外的研究现状及分析
• 1.3.1 非线性器件建模和分析的特点及发展现状
• 1.3.2 非线性测试技术的发展及研究现状
• 1.4 本文工作介绍
• 第二章 非线性表征技术及非线性散射函数
• 2.1 传统的非线性理论
• 2.1.1 线性和非线性的概念
• 2.1.2 频率再生现象
• 2.1.3 传统表征方法
• 2.2 非线性散射函数
• 2.2.1 非线性散射函数的定义
• 2.2.2 非线性散射函数的特性
• 2.2.3 非线性散射函数用于网络的连接
• 第三章 非线性电路建模
• 3.1 建模方法概述
• 3.2 小信号建模
• 3.2.1 线性等效电路模型的建立
• 3.2.2 模型S 参数的提取
• 3.2.3 目标函数的选取
• 3.2.4 优化方法的选择
• 3.2.5 基于遗传算法的小信号建模结果
• 3.3 大信号建模
• 3.3.1 大信号模型选取
• 3.3.2 待定参数的提取
• 第四章 非线性电路的分析方法
• 4.1 分析方法简介
• 4.2 谐波平衡法
• 4.2.1 谐波平衡方程的建立
• 4.2.2 谐波平衡方程的求解
• 4.3 全频域谐波平衡法
• 4.3.1 频域转换矩阵的建立
• 4.3.2 非线性电流源的频域表示
• 4.3.3 全频域谐波平衡方程的建立及求解
• 4.4 谐波平衡仿真结果
• 4.5 基于谐波平衡法的非线性散射函数建模
• 4.5.1 基于广义S 参数理论的非线性散射函数分析
• 4.5.2 非线性散射函数仿真结果及分析
• 第五章 非线性散射函数测试系统
• 5.1 非线性测试系统
• 5.1.1 系统简介
• 5.1.2 测试系统原理介绍
• 5.1.3 测试步骤
• 5.2 非线性散射函数的提取及比较分析
• 第六章 放大器设计
• 6.1 直流偏置的选择
• 6.2 匹配网络的设计
• 6.3 版图设计
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录