基于NVNA的射频功率放大器的X-参数测量提取仿真研究

论文摘要

现代无线通信的迅速发展对作为无线通信核心器件的射频功率放大器提出了更高的性能要求,需要其提供更高的功率、更高的效率以及具有更小的体积,这就意味着射频功放需要工作在大信号激励非线性区。但是非线性产生的失真,如谐波失真、互调失真等将会严重影响系统的整体性能。电子工程师们急需一种模型,能够精确地描述射频功放的这种失真。在这样的行业要求下,在科学家和工程师们不断地探索下,于2008年,安捷伦公司提出了X-参数模型,其能够精确地描述非线性器件的行为特性,很好地解决了射频领域的一些困难问题,极大地简化了射频工程师的设计工作。本文详细地探讨了X-参数模型理论,首先详细地介绍了X-参数测量系统,特别是测量系统的校准技术。其次,本文给出了X-参数模型的推导过程,给出了一种合理的易于理解的直观解释。最后,本文对一个射频功率放大器进行了X-参数测量,提出了一种计算X-参数的算法,并利用提取出的X-参数进行了一系列的仿真实验,验证了X-参数模型的正确性和精度。另外,为了能够方便地处理测量数据,为自主研发的X-参数测量系统提供软件支持,本文利用MATLAB开发出一套X-参数分析软件,能够实现测量数据的预处理和X-参数的建模及测量数据和X-参数的可视化。对非线性器件的行为特性进行描述是一件困难的工作,因为器件的工作环境越来越复杂,非线性变得也越来越严重,而X-参数模型仅能够精确地描述非线性器件在弱非线性状态下的行为特性。在一些脉冲激励的情况下,器件不仅表现出非线性,而且会出现记忆效应,因此还需要更高级的参数模型,以便解决记忆效应的难题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 非线性器件表征技术发展现状
• 1.3.1 数学模型的发展
• 1.3.2 测量仪器的发展
• 1.4 本文的主要研究内容和结构
• 第2章 大信号网络分析测试理论
• 2.1 大信号网络分析仪的发展
• 2.2 大信号网络分析
• 2.2.1 选择适当的物理量
• 2.2.2 选择信号描述域
• 2.2.3 确定输入量和输出量之间的关系
• 2.2.4 大信号网络分析硬件平台
• 2.3 基于混频器的NVNA
• 2.3.1 相位恢复
• 2.3.2 谐波采样原理
• 2.4 NVNA 的校准
• 2.4.1 NVNA 的校准流程
• 2.4.2 SOL 校准
• 2.4.3 未知直通（unknown thru）校准
• 2.4.4 功率校准
• 2.4.5 相位校准
• 2.5 本章小结
• 第3章 X-参数模型理论
• 3.1 散射函数模型
• 3.2 X-参数模型
• 3.2.1 谐波叠加原理
• 3.2.2 X-参数的定义
• 3.2.3 X-参数和S-参数之间的联系
• 3.3 X-参数共轭项的证明
• 3.4 X-参数的直观解释
• 3.5 本章小结
• 第4章 X-参数测量提取和仿真实验
• 4.1 X-参数的测量
• 4.1.1 测量系统的配置
• 4.1.2 X-参数测量方法
• 4.2 X-参数的提取
• 4.2.1 测量文件格式说明
• 4.2.2 X-参数提取算法
• 4.3 X-参数仿真实验
• 4.3.1 模型正确性验证
• 4.3.2 模型精度验证
• 4.4 X-参数模型分析系统
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢