2022年2022年微波非线性电路理论的发展趋势

1、精选学习资料 - - - 欢迎下载微波非线性电路理论的进展趋势精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载一.引言近年来, 对于微波技术讨论领域工作中的讨论人员来说,微波有源电路的完善设计为他们追求的终极目标；随着企业对电路设计要求越来越高,非线性电路的设计让很多曾经工作 在微波线性电路的讨论人员们一个不小的惊喜与挑战：一方面, 他们在设计和研制各种微波有源电路的过程中积存了丰富的体会,在分析部分弱非线性电路如放大器等 得到了较抱负的结果；另一方面,当分析一些电路如变频器和振荡器等必需利用器件的非线性才能实现；基于目前, 分析与设计微波线性电路的讨论方法基本趋于完善,而在使用这些微波线性 电

2、路的方法来讨论设计微波非线性电路时却不为那么一帆风顺；这为由于虽然基于线性假设 的小信号线性分析方法可以近似处理部分弱非线性电路,但为不能处理变频器.振荡器等强非线性电路, 也不能分析放大器的交调特性；非线性电路理论比线性电路理论复杂的多,详细缘由如下：1非线性电路要涉及求解非线性代数方程和非线性微分方程;2非线性电路不遵循叠加原理,现有的分析线性电路的方法不能直接用于非线性电路; 3非线性元器件的种类和用途繁多,目前仍未能一个普适性的模型和方法；从严格意义来讲,非线性电路为肯定的,线性电路为相对的；工程运算中, 可以对非线性程度比较弱的电路元件（如放大器等）做为线性元件而对其结果不会产生大的

3、影响,但对很多本质因素具有非线性特性的元件,假如忽视其非线性特性（如通信系统中,调制.检波.混频. 振荡等） 就将导致运算结果与实际测量值相差太大而无参考意义；因此,讨论非线性电路理论具有重要的工程物理意义；二.微波非线性电路理论的现状2.1 谐波平稳法hb谐波平稳法（hb）为分析单一的频率信号鼓励强或弱的非线性电路；用于分析功放.倍频器.带本振鼓励的混频器等；谐波平稳法的基本思想为：找到一组端口电压波形（或者 谐波电压重量）,它应能使线性子网络方程和非线性子网络方程给出相同的电流；实质就为建立谐波平稳方程,然后采纳恰当的方法求解；图 2.1 一般非线性二端口部件的等效电路等效电路中的输入输出

4、网络一般为匹配.偏置. 滤波等电路； 在输入输出二端口网络间的网络电路分割成线性与非线性子网络的非线性等效电路,要求流入二子网络中的电流应相精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载同从而建立谐波平稳方程进行求解；谐波平稳方程：精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载f v i syn n vjqi g0精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载这为一个频域的问题,得到的为一个稳态解,得不到瞬态解；解法的挑选取决于各种因素,诸如运算效率高低,要求运算机储备的大小,收敛的快慢,执行的难易,初始值估算情况等等； 如优化法一般用于二极管等比较简洁的场合；牛顿法只要非线性不太强,而且初值

5、恰当,变量再多也能收敛；分裂法就概念清晰,工程上易于编程,但收敛较慢且不稳固；发射法为模拟电路的接通过程,如电路为稳固的,电路接通后必为进入稳固工作状态；2.2 变换矩阵分析法（大/ 小信号分析法）变换矩阵分析法指的为分析两个频率信号鼓励的非线性电路,其中一个鼓励信号幅度很大而另一个幅度很小；用于混频器.调制器.参量放大器.参量上变频器等；分成两部：（ 1）先分析仅由大信号鼓励存在非线性器件,通常使用谐波平稳法；（ 2）然后把等效电路中的一个或多个非线性元件变换为小信号线性时变元件,再做小信号分析（此时无需再考虑鼓励的大信号）；作小信号线性假设时,要求响应为准线性的；2.3 广义谐波平稳分析法

6、（广义hb）广义谐波平稳分析法（广义hb）指的为多个频率大信号鼓励强或弱的非线性电路；这为多个谐波平稳分析法的叠加,成为广义hb；此时其混合频率为精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载混合频率kwkmn最大值mwp1nwp 2其中 m/n=0 ,± 1,± 2·· · ·精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载广义 hb在 n 1 和 n 2 端口的鼓励电压向量与hb不同 :精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载vn 1vn 2vb1、vs 、0、tlvb 2 、0l精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载

7、精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载vn 1vn 2vb1 、vs1 、vs2 、0、tlvb 2 、0l精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载上述等式分别为谐波平稳法hb与广义 hb的 n+1. n+2端口鼓励电压向量；在求解广义hb时由于广义hb法产生的为混合频率而不为谐波,在对广义hb的方程求解经常用牛顿法.分裂法或优化法,但不能使用反射法；采纳牛顿法详细求解中留意p1 和 p2 为非公度的,即电压和电流为非周期的,因而傅氏级数不行用；在牛顿法中, 对的积分中的周期t 很难处理；2.4 幂级数和volterra 级数分析法适用于电路为弱非线性电路和多鼓励的非公度的小信号

8、电路,在此类电路中尽管非线性特别柔弱但对电路系统造成影响；幂级数分析法要求电路中仅包涵抱负非记忆转移非线性“元件”（ 不能包涵非线性电容）；volterra级数法或称非线性转移函数分析法无上述要求,应用范畴更广,它为将电路中的无记忆非线性元件和频率敏锐元件混合等效为弱非线性电路,输入输出都化为技术形式；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载volterra 级数法所得到的非线性传递函数为线性系统的传递函数在非线性系统中的直接推广； 非线性传递函数为系统的固有特性,能完整地表示一个非线性系统,而与输入信号的挑选无关,利用它可以很直观的讨论非线性系统的谐波.增益压缩/ 扩张.频率互调制等频

9、率特性,具有鲜明的物理意义；然而, volterra 级数法要求电路的非线性特性要用幂级数表示, 否就不适用 ;分析一般的动态系统时, 运算过程需要确定高阶的非线性传递函数这往往为比较复杂的,需要运算机帮助运算分析；另外这种方法的低阶精确度并不高,而且与幂级数一样也有收敛性问题；2.5 多维 dft hb和频域延拓交调波平稳法（fdcibm）多维 dft hb 和 fdcibm 均运用在多频大信号鼓励强或弱的非线性电路,二者都只讨论稳态问题,不讨论暂态问题,二者的异同：（ 1） fdcibm 在频域分析线性和非线性子电路,为频域分析方法；而多维dfthb在频域分析线性电路,在时域分析非线性子电

10、路,为混合方法；（ 2）fdcibm 通过一个复矩阵卷积算子来确定各种非线性元件鼓励响应的频域关系；而多维 dfthb采纳多维dft和多维逆dft来确定非线性元件鼓励响应的频域关系；（ 3） fdcibm 要求各非线性元件用常数表示；而多维dfthb无此要求；二者均要求将电路分成线性和非线性两部分；均采纳数值迭代求解电路平稳方法,都为精确的迭代法；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载a t 1 q2 k 0ak exp jk t akexpjk t 精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载at 为电路中任何一个变量,q 为鼓励信号频率的个数；当s=1 时退化为标准的hb；三.微

11、波非线性电路理论的新进展随着科学技术的迅猛进展,新的工程概念不断涌现,科学技术的交叉性.综合性越来越强,运算复杂性日益提高；传统的分析,讨论方法以及求解方式已无能完全适应新的变革,这促进了应用微波电路讨论领域的新理论和方法的新进展；目前用于非线性电路理论的理论与方法有神经网络运算,模糊规律,遗传算法等下面简述几类：3.1 瞬态时域法和gpsa瞬态时域法和gpsa讨论的都为瞬态非线性电路,瞬态时域法仅对其强非线性电路进行 讨论, 其特点为进行时域分域.动态分析；这为传统的时域法的一种改进,引入动态卷积的概念解决了传统时域法难以处理微波分布有耗电路的问题；gpsa对微波非线性电路的处理 类似于 f

12、dcibm,运用的为频域分析.迭代法；3.2 神经网络运算神经网络运算在非线性电路理论主要用于查找最优解,最常使用优化运算的网络为hopfield 网,这为一个非线性动力学系统,可用二次能量函数来描述该系统的状态,其稳固性对应着能量的大小,由于系统从高能向低能的稳固过程类似于约束满意问题的搜寻最优解过程,所以可以用这类网络求解优化运算问题；因此神经网络运算可归为数值分析法,所以这种方法也同样具有数值分析法的优缺点,精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载对 hopfield 网来说, 凡可将目标函数描述成网络能量函数形式的求解问题,基本符合此类计算方法, 且收敛速度快；但一般来说hopf

13、ield 网的稳固点有多个,其运算得出的那个稳固点不肯定为整体最优,所以说hopfield 网每次运算只能最多得一解,全局寻优才能比较差；3.3 遗传算法其主要特点为直接对结构对象进行操作,不存在求导和函数连续性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻优才能；遗传算法具有很强的鲁棒性,鲁棒性为指能在很多不同的环境中通过效率及功能之间的和谐平稳以求生存的才能；遗传算法的运算的为解集的编码,而不为解集本身；它的搜寻始于解的一个群体,而不为单个解；而且它通过目标函数运算适应值,而不需使用导数或其他附属信息；这为采纳概率的,而非确定的状态转移规章；遗传算法的优点给了讨论者们解决高度复杂问题的一个新思路

14、和新方法,在非线性电路系统理论也为一个简便的优化方法；目前对遗传算法在对编码方法,母本挑选, 基因操作子的设计, 参数掌握技术等进行一系列的改进与方法优化,目的为期望尽量防止遗传算法在一 些环境下的未成熟收敛.欺诈问题等缺点等问题；3.4 模糊规律模糊规律善于表达界限不清晰的定性学问与体会,它借助于隶属度函数概念,区分模糊集合,处理模糊关系,模拟人脑实施规章型推理,解决因“排中律 ”的规律破缺产生的种种不确定问题； 模糊数学其实为将数学的应用范畴从清晰扩大到模糊的一种领域学科,模糊性和随机性都存在不确定性,这就使得二者存在某些必定的联系；在求解非线性电路系统中涉及 到随机技术, 这就存在着不确

15、定性,那么就可以使用模糊技术进行求解,这就给了讨论者们一个新的思路与理论方法,此类方法目前仍处在理论运算当中,尚未进入有用阶段；当然仍有网络模型运算复杂度,时变volterra 级数法, vsm（讨论的为弱非线性多频小信号鼓励,稳态电路）仍有网络模型运算复杂度,小波平稳法（wb）,符号技术方法等；四.总结与展望随着讨论科学的不断进步以及运算机学科不断优化,非线性在工程上甚至现代生活上引起了人们的普遍重视；微波非线性电路系统的讨论越来越受到重视,这使得微波非线性电路理论的设计讨论有了一个好的征兆,非线性系统理论逐步成为了理论讨论的重点热点；非线性为肯定的, 线性为相对的； 目前微波非线性电路理论仍存在三个需要解决的问题： 噪声问题, 灵敏度问题和稳固性；这就给相关讨论者们一个尚待解决的问题,这需要讨论者们细心专研,更需要将来者们报以极大热枕投入这一讨论领域；五.参考文献1