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