諧波平衡法仿真

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1、諧波平衡法仿真的基本原理仿真控制器重要參數(shù)的含義單音諧波平衡仿真1dB功率壓縮點的仿真雙音諧波平衡仿真IP3或TOI的仿真時域特性分析第七章諧波平衡法仿真【本章重點】諧波平衡法仿真是研究非線性電路的非線性特性和系統(tǒng)失真的頻域仿真分析法。一般適合模擬射頻微波電路仿真。本章首先介紹諧波平衡法仿真基本原理及相關(guān)控件使用情況，然后利用實例詳細介紹諧波平衡仿真法的一般相關(guān)操作及注意事項。7.1諧波平衡法仿真基本原理及功能在射頻電路設(shè)計中，通常需要得到射頻電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。如果采用傳統(tǒng)的SPICE模擬器對射頻電路進行仿真，通常需要經(jīng)過很長的瞬態(tài)模擬時間電路的響應(yīng)才會穩(wěn)定。對于射頻電路，可以

2、采用特殊的仿真技術(shù)在較短的時間內(nèi)獲得穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，諧波平衡法就是其中之一。在頻域中描述如三極管、二極管等非線性器件是非常困難的，然而，在時域中這些非線性元件很容易得到其非線性模型。因此，在諧波平衡仿真器中，非線性系統(tǒng)用時域描述，用頻率描述線性系統(tǒng)，諧波平衡分析法將時域和頻域通過FFT結(jié)合起來，它將電路狀態(tài)變量近似寫成傅立葉級數(shù)展開的形式，通常展開項必須取得足夠大，以保證高次諧波對于模擬結(jié)果的影響可以忽略不計。諧波平衡法在目前的商用RF軟件中得到了很好的應(yīng)用，如ADS、AWR、Hspice、Nexxim等都支持HB分析。諧波平衡仿真是非線性系統(tǒng)分析最常用的分析方法，用于仿真非線性電

3、路中的噪聲、增益壓縮、諧波失真、振蕩器寄生、相噪和互調(diào)產(chǎn)物，它要比SPICE仿真器快得多，可以用來對混頻器、振蕩器、放大器等進行仿真分析。對放大器而言，采用諧波平衡法分析的目的就是進行大信號的非線性模擬。通過它可以模擬電路的1dB輸出功率、效率以及IP3等與非線性有關(guān)的量。諧波平衡法仿真有如下的功能：確定電流或電壓的頻譜成分；計算參數(shù)，如：三階截取點，總諧波失真及交調(diào)失真分量；執(zhí)行電源放大器負載激勵回路分析；執(zhí)行非線性噪聲分析。7.2諧波平衡法仿真面板與仿真控制器ADS中有專門針對諧波平衡法仿真的元件面板，在“Simulation-HB”類元件面板中包括了所有諧波平衡參數(shù)仿真

4、需要的控件，如圖7-1所示。主要控件名稱：HB：諧波平衡法仿真控制器Options：諧波平衡法仿真設(shè)置控制器SweepPlan：參數(shù)掃描計劃控制器PrmSwp：參數(shù)掃描控制器Term：終端負載DispTemp：顯示模板控件MeasEqn：仿真測量等式控件It：時域電流波形控件Vt：時域電壓波形控件Pt：功率顯示控件BudLin：線性化預(yù)算分析控件NoiseCon：諧波噪聲控制控件Ifc：頻域電流顯示控件Vfc：頻域電壓顯示控件Pspec：功率譜密度顯示控件OscPort：接地振蕩器端口元件OscPrt2：差分振蕩器端口元件NdSet：節(jié)點設(shè)置NdSetName：節(jié)點名IP3i

5、n：輸入三階交調(diào)點分析控件IP3out：輸出三階交調(diào)點分析控件Ipn：N階截止點分析控件SNR：信噪比分析控件Bdfreq：頻率預(yù)算控件BuGain：增益預(yù)算控件BuGmma：反射系數(shù)預(yù)算控件BudPwrl:入射功率預(yù)算控件BdPwrR:反射功率預(yù)算控件BudSNR:信噪比預(yù)算控件圖7-1HB參數(shù)仿真面板1．諧波平衡法仿真控制器諧波平衡法仿真控制器（HB）如圖7-2所示，是控制諧波平衡法仿真的最主要控件，可以設(shè)置諧波平衡法仿真的基準頻率（FoundamentalFrequency）、最高次諧波的次數(shù)，掃描參數(shù)，仿真執(zhí)行參數(shù)和噪聲分析等相關(guān)參數(shù)。圖7-2諧波平衡仿真控制器雙擊圖

6、標，彈出諧波平衡控制器參數(shù)設(shè)置窗口，主要包括【Freq】、【Sweep】、【IntialGuess】、【Oscillator】、【Noise】、【Small-Sig】、【Params】、【Solver】、【Output】、【Display】10個選項卡。（1）Freq：諧波平衡法仿真需要設(shè)置仿真執(zhí)行時的基準頻率和高次諧波等相關(guān)參數(shù)，用戶可以通過【Freq】選項卡進行這些參數(shù)設(shè)置，如圖7-3所示。相關(guān)參數(shù)描述及說明如表7-1所示。表7-1頻率設(shè)置中的相關(guān)參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)描述說明Frequency基波頻率必須設(shè)置至少一個基波頻率Order最大諧波次數(shù)頻率中含有的最大諧波次數(shù)Max

7、imummixingorder最大混頻次數(shù)混頻后頻率成分的最大次數(shù)StatusLevel設(shè)置仿真狀態(tài)窗口中顯示信息的多少0：表示顯示很少的信息1和2：表示顯示正常的仿真信息3和4：表示顯示很多的信息（2）Sweep：如果在進行諧波平衡法仿真時需要對某個參數(shù)進行掃描，用戶可以通過【Sweep】選項卡進行相關(guān)設(shè)置，如圖7-4所示，各參數(shù)的含義如表7-2所示。圖7-3Freq參數(shù)設(shè)置圖7-4Sweep參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱參數(shù)描述說明Parametertosweep需要掃描的變量必須是原理圖中設(shè)置的變量SweepT