非线性射频和微波器件表征、建模和设计 X参数理论基础PDF电子书下载

第1章 S参数的简要回顾 1

1.1 引言 1

1.2 参数 1

1.3 波变量 2

1.4 S参数的测量 6

1.5 S参数是一种频谱映射 7

1.6 叠加 8

1.7 S参数所描述元件的时不变性 9

1.8 级联性 10

1.9 直流工作点 12

1.10 非线性器件的S参数 12

1.11 S参数的附带优势 15

1.11.1 S参数适合高频上的分布参数元件 15

1.11.2 在高频上S参数易于测量 15

1.11.3 二端口S参数的解释 15

1.11.4 用S参数进行分层行为设计 16

1.12 S参数的局限性 16

1.13 总结 17

习题 17

参考文献 18

补充阅读材料 18

第2章 X参数的基本概念 19

2.1 概述 19

2.2 非线性行为和非线性频谱映射 19

2.3 多谐波频谱映射 21

2.4 负载和源失配效应 23

2.5 级联DUT 24

2.6 实例：两个带有独立偏置的RF功率放大器的级联 26

2.7 与谐波平衡的关系 28

2.8 交叉频率相位 28

2.8.1 同量信号 28

2.8.2 交叉频率相位的定义 29

2.9 多谐波多端口激励的基本X参数 32

2.9.1 Fp，k（·）函数的时不变性及相关特性 33

2.9.2 X参数的定义和行为模型 34

2.9.3 实例：X参数集 35

2.10 基本X参数的物理含义 36

2.10.1 参考激励和响应 36

2.10.2 物理含义 37

2.11 使用X参数行为模型 37

2.11.1 实例：源和负载失配的放大器 38

2.12 总结 41

习题 41

参考文献 42

补充阅读材料 42

第3章 频谱线性化近似 43

3.1 微弱失配时基本X参数的简化 43

3.1.1 非解析映射（Non-analytic Maps） 44

3.1.2 大信号工作点（Large-signal Operating Point） 46

3.2 加入小信号激励（非线性频谱映射线性化） 48

3.2.1 小信号交互：射频项 49

3.2.2 小信号交互：直流项 50

3.3 小信号交互项的物理含义 52

3.4 讨论：X参数和频谱的雅可比（Jacobian）行列式 57

3.5 X参数是S参数的超集 57

3.6 两级放大器设计 62

3.7 大信号激励下的放大器匹配 65

3.7.1 输出匹配及hot-S22 65

3.7.2 输入匹配 74

3.8 实例：一个GSM放大器 76

3.9 总结 79

习题 80

参考文献 82

补充阅读材料 82

第4章 X参数的测量 83

4.1 硬件测量平台 83

4.1.1 硬件测量要求 83

4.1.2 基于混频器的测量系统 83

4.1.3 基于采样器的测量系统 86

4.1.4 激励信号要求 87

4.2 校准 88

4.2.1 标量损耗修正 88

4.2.2 S参数校准 89

4.2.3 NVNA校准 90

4.3 相位参考 91

4.3.1 相位参考信号 92

4.3.2 测量注意事项 93

4.3.3 实际相位参考信号 94

4.4 测量技术 95

4.4.1 大信号响应测量 95

4.4.2 小信号响应测量 96

4.4.3 实际测量考量 98

4.4.4 基于仿真的X参数提取 100

4.5 X参数文件 100

4.5.1 结构 100

4.5.2 命名规则 101

4.5.3 文件实例 102

4.6 总结 104

参考文献 104

补充阅读材料 104

第5章 多音及多端口X参数 105

5.1 引言 105

5.2 同量信号——大信号A1，1和A2，1；负载相关X参数 106

5.2.1 时不变、相位归一化及同量双音大信号工作点 107

5.2.2 频谱线性化 108

5.3 利用负载调谐器建立大信号工作点：无源负载牵引 109

5.4 同量信号的其他考虑事项 111

5.4.1 在受控负载下提取X参数函数 111

5.4.2 谐波叠加原理 111

5.4.3 无源负载牵引下负载相关X参数的局限性 111

5.4.4 三射频自变量空间定义的参考大信号工作点采样 112

5.4.5 负载相关X参数硬件测量平台 112

5.4.6 校准修正不可控谐波阻抗 113

5.5 GaAs工艺FET晶体管在任意阻抗下的负载相关X参数 113

5.5.1 GaN工艺HEMT的负载相关X参数模型：估计单独调谐谐波阻抗的影响 115

5.6 设计实例：Doherty功率放大器的设计与有效性检验 121

5.6.1 Doherty功率放大器 121

5.6.2 晶体管的X参数表征 122

5.6.3 X参数模型的有效性检验 123

5.6.4 利用X参数设计Doherty功率放大器 126

5.6.5 设计结果 128

5.7 非同量信号 129

5.7.1 非同量双音（two-tone）X参数的符号 129

5.7.2 非同量双音X参数的时不变性 130

5.7.3 参考大信号工作点 132

5.7.4 频谱线性化 132

5.7.5 讨论 134

5.7.6 负频率互调成分 134

5.7.7 混频器的X参数模型 135

5.8 总结 137

习题 138

参考文献 138

补充阅读材料 139

第6章 记忆效应和动态X参数 140

6.1 引言 140

6.2 已调信号：包络域 140

6.3 在包络域中的准静态X参数的估计 141

6.3.1 从静态单音X参数模型描述准静态双音（two-tone）互调失真 142

6.3.2 利用准静态法估计ACPR 147

6.3.3 静态法的一些局限性 149

6.3.4 数字调制中准静态X参数的优点 149

6.4 记忆效应的表现 150

6.5 记忆效应的起因 151

6.5.1 自热 151

6.5.2 偏置调制 152

6.6 记忆效应的重要性 155

6.6.1 调制引入的基带记忆和载波记忆 155

6.6.2 动态X参数 156

6.6.3 记忆核辨识：概念的起因 159

6.6.4 记忆核的阶跃响应 160

6.6.5 应用于真实放大器 161

6.6.6 记忆模型的有效性检验 163

6.6.7 动态X参数的解释 167

6.6.8 宽带X参数（XWB） 168

参考文献 173

补充阅读材料 174

附录A 符号和通用定义 175

A.1 集合 175

A.2 矢量和矩阵 175

A.3 信号表示 176

A.3.1 时域信号（实信号） 176

A.3.2 复表示（复包络信号） 176

A.4 傅里叶分析 177

A.5 波定义 178

A.5.1 广义功率波 178

A.5.2 电压波 180

A.6 线性网络矩阵描述 180

A.6.1 S参数 181

A.6.2 Z参数 181

A.6.3 Y参数 181

附录B X参数和Volterra理论 182

B.1 引言 182

B.2 数学符号与问题定义 182

B.3 Volterra理论的应用 183

B.4 麦克劳林级数的推导 184

B.5 直流输出的麦克劳林级数 185

B.6 结论 186

附录C 并行Hammerstein模型的对称性 187

附录D 宽带记忆近似 189

附录E 习题解答 191