了解什么是非线性矢量分析

1、第 页非线性测虽简介：*AgilentTechnologies了解什么是非线性矢量分析现在，研究和设计高性能射频有源器件的工程师和科学家们正而临着诸多难题，其中的关键涉及到怎样表征器件的非线性特性，从而能降低器件的非线性带来的不利影响，或者可以对其加以利用，提供一个线性的、高效的大功率解决方案。这个任务在电信业尤为突出，因为器件的非线性特性往往会造成信息互相干扰，降低无线通信的有效带宽。放大器是无线通信领域内不可或缺的元件，不过也正是宙丁其非线性特性经常造成频谱浪费：如果为了考虑频谱的利用效率而把功率放大器设计为只工作在它的线性区域内，又会造成可用功率的浪费。实际情况是，人们经常会把放大器推动

2、到其工作的非线性区域，然后在非线性区域的一个T作点附近进行线性化。这种应用就让了解像功率放大器和倍频器等射频有源器件的非线性特性变得愈加重要，肉此，梢确测戢器件的非线性行也成为了重中之重。山丁所有有源器件在不同的程度上都会表现出非线性特性，因此相当多的有源甚至是无源器件的研究和设计工作都能够从这种更能反应器件的真实特性的非线性测呈分析中获益，例如LNA、T/R模块和变频器，以及带拠芯的电感器或处理大功率信号的滤波器等无源器件。遗憾的是，进彳亍非线性测量并不容易，尤其是当前能够完成这个任务的匸具和模型通常都很难使用，而口也无法提供所需要的信息。在这里，我们真疋需要是一个专为将确地测量和仿真射频有

3、源器件的非线性持性而设计的解决方案。如果有了这些器件非线性持性的信息，设计人员就有了控制和最大程度地降低非线性特性所带來的不良影响的能力，从而能更箱确、更轻松、更快速地设计出线性大功率解的产品。安捷伦科技测量器件非线性特性的最新解决方案安捷伦有两种主要方法可以测戢被测件（DUT）的非线性效应：非线性器件的特性表征和X参数。非线性器件的特性表征可提供被测件的入射波、反射波和透射波经过校准和矢戢校疋后的波形。矢虽校准、功率校准和使用谐波相位参考校准可去除系统误垫。使用这种测呈方法，所有接收机必须同时对毎个频点进行测嵐。从非线性器件特性表征测嵐结果得到的信息能让工程师们能够更好地理解和更确定性地控制

4、被测件的非线性特性。X参数是对S参数的一种合理的并且在数学理论上完全正确的往非线性和大信号工作环境下的扩展（请看下一节“对X参数的详细解耗”）。测虽X参数测呈需要使用两个信号源，这两个信号源以恰当的频率和相位关系同时给被测器件提供大的和小的激励信号，在测戢过程中小心控制这些信号的相位和幅度至关重要，在这些条件下测呈散射波的幅度和相位信息就可以得到X参数。当器件在线性状态或非线性状态下工作时，这些参数可为工程师提供器件的增益和匹配等信息。像S参数一样，X参数也可以导入安捷伦先进设计系统（ADS）或显示出來。对X参数的详细解释X参数相对丁器件非线性特性的测嵐就像S参数相对丁器件的线性参数的测就。先

5、看一下S参数，它是作为对射频器件的线性特性进行分析和建模的方法而发展起來的，在今天，S参数在对山多个独立器件级联而成的复杂系统进行分析、建模以及设计当中仍然起着垂要的作用。它们包括了早已为T.程师们所熟悉的测呈项目，例如S11（输入匹配）、S22（输出匹配）、S21（增益/损耗）、S12（隔离度）等，这些测虽项目的测试结果可以很方便地应用丁软件仿真工具之中。但是，尽管S参数用途广泛11功能非常强大，但它们确有其局限性只能用丁小信号线性系统。?：*”AgilentTechnologies非线性测虽简介S参数都是用传统的网络分析仪來测量的。在比较小的程度上，传统的矢嵐网络分析仪也可以使用近似技术來

6、深入分析器件的非线性持性，其中包括使用非比值接收机测虽以及使测量接收机的测试频率偏离激励源的频率的方法。使用这些技术，传统的矢虽网络分析仪可以进行简单的增益压缩、谐波的幅度、变频匹配、变频损耗/增益和群时延等非线性特性的测虽:。与S参数相比，X参数是我们开发出來的表征和分析射频器件的线性和非线性特性的一种更可靠、更完整的方法。作为S参数在大信号工作环境下的扩展，X参数的测虽条件是要把被测器件先推动到饱和工作状态（这也是很多元器件的实际工作状态），然后再进行X参数的测嵐。在进行测嵐时，无需了解或使用有关被测器件的内部电路的任何知识。这个测呈只是迫压波形的一个激励响应方式。换句话说，基波和所有相关

7、谐波信号的绝对幅度和多个频率的相对相位都可以被粘确地测嵐出來，并用X参数來表示。11TX参数揭示了多个频率相依的关系，肉此X参数的数据要比S参数的数据要多得多，比如如果我们要看输出信号的基波对输入信号三次谐波的増益，在这个只涉及一个谐波并不存在功率依存关系的简单例子中，就有八个X参数。相反，两端口器件的S参数从没有超出过四个。此外，X参数还明显依赖丁器件的大信号状态（例如，将输入功率作为一个变量），相比之下，我们认为S参数和功率无关。X参数的精度和可靠性对丁那些试图更好地了解有源器件的非线性特性的工程师和科学家來说非常有用。例如，在设计功率放大器时，设计人员可以先使放大器在非线性区域工作，以获

8、得最大输出功率和实现最大效率。然后,可以使用某种反馈电路对非线性效应进行补偿，使输出特性看上去像是一个大功率线性器件的输出特性。在木例中，抑制功率放大器的谐波输出的典型方法是使用滤波器和其他元件。但是，如果过滤元件的输入匹配与我们所观查的特定谐波（山放大器产生）的输出匹配不匹配的话，那么滤波器对谐波的衰减就会和设计人员预期的大相径庭，碰到这种惜况，设计人员可能不得不采用蛮力的反复实验和纠错的解决办法一一往好处想这也是一个既费力又费时的F段。避免陷入这种窘境的一种方法是从X参数中获得箱确的相位和幅度信息，然后使用恰当的仿真工具。采用这种方法，设计人员能够在短期内设计出最稳定、最粘确的系统。可行的

9、解决方案使用元器件非线性持性表征和测嵐X参数这两种方法的解决方案可提供非常关键的测戢结果,这对粘确测呈器件的非线性特性是至关重耍的。安捷伦科技公司的获奖产品非线性矢量网络分析仪（NVNA）在一个高度集成、功能强大、易丁使用的仪器中支持这两种方法。只需外接少虽的测试附件，就能把一台4端口PNA-X网络分析仪转换成一台高性能的非线性矢量分析仪（图1）oPNA-X有四种频率的型号：13.5、26.5,43.5和50GHz。用户能够根据他们的特定应用选择正确的频率型号,从而节省成本。43.5和50GHz型号支持较高频率的应用，例如需达和卫星通信：而13.5GHz型号则是对无线通信中所使用的较低频率设涪

10、进行测嵐的理想工具oAgilentNVNA是业界首款43.5和50GHzNVNA它们能在高达50GHz的频率范|十；|内提供所有的NVNA特性和功能，支持对更高频率的器件进行耕确的非线性表征。dllNVNA以标准的PNA-X网络分析仪为基础，因此它可以提供PNA-X进行线性测虽时的所有功率、灵活性和测呈功能。它还可以轻松切换到NVNA模式进行非线性测量。第 页非线性测呈简介wclnnmo0;AgilentTechnologies第 #页第 #页图1：AgilentNVNA软件运行在PNA-X网络分析仪上,创建了新的射频非线性网络分析彳亍业标准。借助NVNA的非线性器件表征，所有被测件的输入和输

11、出频谱都可以进行测虽。整个频谱（基波、谐波和交调频率产物）的幅度和相位均可显示在PNA-X网络分析仪上。您所感兴趣的任何频率的相对相位和绝对幅度也可以显示。这些数据可显示在频域、时域或功率域中，也可以使用用户定义的比率（例如I/V）来显示动态负载线。凭借在各个域中显示数据的能力，NVNA使设计人员能够更深入地分析非线性元件特性。例如，如果设计人员在时域中看到被测件的输出出现失真，便可切换至频域以观察各频率分量的幅度和相位。接下來，您可以通过改变功率，观察相对丁某个指定基木频率的给定功率电平上频谱分量的灵敏度和显著性水平。设计人员还可能希望测呈倍频器，这对NVNA來说是一个相对简单的任务，冈为它

12、能够测呈输入和输出激励相位（相对丁校准相位参考）以及信号幅度。NVNA还有一个优点，它测得的所有数据都能按照设计人员的选择导入到设计模型中。NVNA测嵐非线性元件特性的其他方法是通过使用非线性散射参数或X参数來完成的。这种功能使用测虽数据，可粘确描绘出非线性器件特性和级联的非线性器件特性。此外，X参数可通过AgilentADS从单个濡件进行粘确级联，以仿真和设计更复杂的模块和系统。第 页非线性测呈简介fAgilentTechnologies第 页MeasuredandsimulatedpowerdeliwredMeasuredandsimulatedvoltageandcurrentwavef

13、ormsMeasuredandsimulateddynamicloadline图2:AgilentPNAX矢量网络分析仪(NVNA)与Maury负载迁移调谐器及软件结合使用.可在全负载条件下捕获完整的非线性器件特性。X-parametersgivecontoursandwaveformsatanyloadingconditionincludingcascadedsystemsa10MeasuredvohaotSimulatedvodageMeasurenonlinearbehaviorwithAgilentsNVNAandviewsimulatedwaveformsinAgilenfsADS图

14、中文字中英对照:X-parametersgivecontoursandwaveformsatanyloadingconditionincludingcascadedsystemsMeasurenonlinearbehaviorwithAgilentsNVNAandviewsimulatedwaveformsinAgilenfsADSX参数提供任何负载条件卜的信号轮廓和波形，包括级联系统使用AgilentNVNA测量非线性特性并查看AgilentADS中的仿真波形非线性测虽简介VAgilentTechnologies图3：X蔘数提供任何负载条件下的信号轮瑋和波形,包括级联系统。可选的任意负载阻抗

15、X参数功能将NVNA和X参数的应用从有源器件和模块的研究和设计扩展到了晶体管表征、建模和电路设计。NVNA选件520需要和Maury负载调谐器配合使用，并在PNA-X上安装Maury的负载迁移软件，这能够让工程师在任何负载条件下测戢非线性元件的特性（图2）。它可以测呈器件在大信号工作条件下的完整而复杂的反射系数，并在ADS中建立后续的X参数数据模型。功率附加效率（PAE）和输出功率的梢确效率轮瞬可通过X参数模型在ADS中直接仿真（图3）。尤其是,选件520使研发工程师能够:将X参数设计级联扩展到任意大的负载失配。优化与阻抗相对应的PAE和输出功率。在任意负载条件下（甚至在极大的压缩条件下）,测

16、虽和预测输入端口和输出端口的动态负载线。在每个基波和谐波频率的输入和输出端，将幅度和相位数据作为功率、偏直和负载的非线性函数进行测虽。使用ADS,通过简单的拖放操作就可以建立器件模型，设计多级、Doherty或其他复杂的放大器电路山丁选件520使匸程师能够査看所有信号在器件中的反应，I人1此就避免了典型的根据猜测來进行试验和纠错的设计方法，最程度地减少重复设计，将设计周期缩短了50%。总结粘确测虽和降低器件的非线性特性对丁设计和制造用丁航空航天与国防、电信等领域的中的线性大功率产品至关重要。传统的解决方案在而对这一难题时，往往无法提供所需的信息和将度，AgilentNVNA软件使用元器件非线性特性表征和测呈X参数的方法，可以轻松、快速地测戢被测件的非线性特性，并能提供最高粘度。NVNA具有全而的匹