И.О. МЕТЕЛКИН, К.М. АМБУРКИН Научный руководитель – Г.В. ЧУКОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ X-ПАРАМЕТРОВ

Реклама
И.О. МЕТЕЛКИН, К.М. АМБУРКИН
Научный руководитель – Г.В. ЧУКОВ
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЧ УСТРОЙСТВ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ X-ПАРАМЕТРОВ
Проведен обзор существующих матричных методов анализа СВЧ электронных
устройств. Определена специфика области применения X-параметров.
Наиболее распространенными методами анализа СВЧ электронных
устройств (ЭУ) являются матричные методы [1]. Каждый из этих методов
предусматривает связь сигналов на входе и выходе посредством
различного вида матриц без детального описания схемотехники ЭУ (так
называемый принцип «black-box modeling»). Такой подход позволяет
проводить анализ ЭУ, представляющих собой каскадное соединение
нескольких элементов, каждый из которых характеризуется своей
матрицей.
Низкочастотных устройства описывают матрицами сопротивлений и
проводимостей (Y- и Z-матрицы), которые связывают между собой
значения токов и напряжений на входе и выходе исследуемого ЭУ [2].
Параметры указанных матриц вычисляют на основании результатов
измерений входных и выходных токов и напряжений.
На частотах СВЧ диапазона измерение Y- и Z-матриц является весьма
затруднительным, а в некоторых случаях и невозможным. Поэтому для
описания работы СВЧ ЭУ используют метод матриц рассеяния («scattering» matrix, S-параметры), в котором входные и выходные сигналы
представляются в виде падающих и отраженных волн мощности [3].
Между тем, S-параметры применимы только для описания СВЧ ЭУ в
малосигнальном режиме [1]. До недавнего времени единственным
подходом для описания нелинейных СВЧ ЭУ с помощью матриц было
применение «горячих» S-параметров («hot» S-parameters) [4], основное
отличие которых от малосигнальных S-параметров состоит в том, что
измерение параметров на исследуемой частоте fs проводится при наличии
на входе СВЧ ЭУ большого сигнала с частотой fc, вводящего его в
нелинейный режим работы. Однако, такой подход не учитывает
возникающих гармоник на частотах (nfс ± fs) [4]. Таким образом, точность
модели «горячих» S-параметров оказывается недостаточной для анализа
ряда нелинейных СВЧ ЭУ, например GSM усилителей [5].
Более точное описание подобных СВЧ ЭУ возможно с применением
модели X-параметров [6], в которой заложена возможность измерения
сигнала на частотах, отличных от частот входных сигналов fc и fs, что
позволяет моделировать интермодуляционные искажения между
сигналами на частотах (nfс ± fs). Следует отметить, что с уменьшением
амплитуды основной гармоники входного сигнала fc X-параметры
переходят сначала в «горячие» S-параметры, а затем в малосигнальные Sпараметры.
Таким образом, X-параметры дают более точный и полный подход к
разработке и определению характеристик нелинейных СВЧ ЭУ, чем
«горячие» S-параметры (см. табл.). Однако измерение X-параметров
требует наличия специализированного измерительного оборудования –
нелинейных векторных анализаторов (NVNA) [7]. На данный момент
моделирование СВЧ ЭУ с использованием метода X-параметров
реализовано в САПР Advanced Design System.
Таблица. Матричные методы описания СВЧ электронных устройств
Модель
S-параметры
«Горячие»
S-параметры
Х-параметры
Область применения
линейные устройства
нелинейные устройства
учета
интермодуляции
смещения частоты
нелинейные устройства
Требуемое измерительное
оборудование
анализаторы цепей
без анализаторы
цепей
с
и дополнительным генератором
или NVNA
NVNA
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Gonzalez G. Microwave transistor amplifier. Analysis and Design // Prentis Hall. - 1997. – P.
506.
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи // - М.:
Высшая школа. -1996. C. – 623.
S-Parameter Design. Application Note 154 // Agilent Technologies. – 2000. – P. 44.
J. Verspecht, D. Barataud, J.-P. Teyssier, J.-M. Nébus / Hot S-Parameter Techniques: 6 = 4 +
2 // 66th ARFTG Conference. - 2005.
X-параметры: новый принцип измерений, моделирования и разработки ВЧ и СВЧ
компонентов // Контрольно-измерительные приборы и системы. Вып. №2. - 2009. -C.
20-24.
J. Verspecht, D. E. Root / Polyharmonic Distortion Modeling // IEEE Microwave Theory and
Techniques Microwave Magazine. - 2006. – PP. 44-57.
Описание на контрольно-измерительное оборудование Agilent Technologies. //
http://www.agilent.com/find/nvna.
Похожие документы
Скачать