X参数的含义

2015-08-31 13:17:37   来源:eefocus   

关键字: X参数

概述

    在早期的年代人们曾经一度使用各种仪表以及由这些仪表测量得到的各种测量结果拼合的信息来设计线性元器件和线性系统。这种设计方法很快就被使用分布参数(S参数)的设计方法所取代。S 参数把使用多种仪表以及多种测量结果统一起来,使得人们能够只用一种仪表(矢量网络分析仪),就可以通过仪表与被测器件的一次连接测量出诸如增益、隔离度和匹配等参数的值。在过去的40多年里,S参数一直占据着微波理论和技术全部基础中最重要的位置,它们涉及的是一些我们非常熟悉的测量的量,例如输入匹配(S11),输出匹配(S22),增益或损耗(S21),以及隔离度(S12),这些测量的量还可以很容易地植入设计电子产品所用的软件仿真工具中。在今天,S 参数也还是对射频和微波器件的线性特性进行分析和建模的常用参数。但是我们也看到,不断提高能源的使用效率、加大器件的输出功率、不断延长靠电池供电的器件和设备在电池一次寿命内的使用时间等工业发展趋势正推动着许多线性器件在非线性的工作状态下的应用。当在这种情况和条件下再来测量器件的特性时,就需要一种能够得到更加确定性结果的测量解决方案。

 

    虽然S 参数的功能极为强大和有用,但它的定义是基于对线性系统用小信号进行测量的情况。通信技术革命性的进步和发展正在把像功率放大器这类的有源器件推向其非线性工作区域,以期在这个区域内找到更加强大的应用空间;工程师们也因此被迫再次使用新一代的各种仪表的组合来测量器件的非线性特性。他们基本的做法是通过取得S参数再施加一些品质因数(例如邻道功率抑制功能和增益压缩特性等) 来对器件的总体特性做一些基于线性特性的推论。依赖这种不完善的信息集合意味着工程师们必须在他们的产品设计中大量进行特别依赖于个体经验的高成本迭代试验,整个设计流程在时间上和成本上都大为增加。今天,为了在高频领域更加快速、精确和确定性地设计出非线性器件,工程师们的确需要有对器件的非线性特性恰当地进行测量,并获得一个统一的器件模型,一个类似于S参数的适用于非线性器件和分量的模型的能力,从而能够把这个模型所代表的完整的器件的信息应用到仿真和设计的过程中去。

 

解决方案

    就像S 参数表征器件的线性特征那样,X 参数是用来表征器件和系统的非线性特性的参数,它为工程师们所遇到的麻烦找出了解决的办法。X 参数所代表的是确定性地设计高频器件所需要的新一类非线性网络参数,用来表征各种器件的非线性特性的幅度和相关的相位信息。与S参数所不同的是,它既适用于大信号的工作条件也适用于小信号的工作条件;既可以用于线性器件也可以用于非线性器件。它们正确地表征出了器件的阻抗匹配状态和在非线性条件下的混频特性,可以让技术人员在设计的过程中精确地仿真出几个不同电路模块的X参数级联后的非线性X参数,例如放大器和混频器等的级联。
    与S参数相比,X参数可以更为完整全面并且以不会失效的方式表示或分析射频微波器件的非线性特性。作为S参数在大信号工作条件下的逻辑与数学范畴内的扩展,X 参数的获取首先需要把被测器件驱动到其饱和工作状态,这是很多器件真实的工作状态,然后再在这样的条件下对被测器件进行测量。在测量X参数的时候,我们不使用或需要知道与被测器件(DUT)内部集成电路有关的信息,我们所要做的是测量各种不同频率的信号的电压波形的激励响应模型,如图1 所示。换句话说,就是信号的基波和所产生的失真信号的绝对幅度、不同频率信号的相对相位信息都可以被精确地测量出来,然后用X参数来代表这些幅度和相位信息的组合。从这些信息中我们建立起基于X参数的相应的器件特性模型,然后这些模型可以与各种经过校准的测量工具一起使用来得到不同的品质因数,例如 ACPR,增益压缩和EVM 等,如图2 所示。在这些快速得到的精准模型当中,我们还可以把更多的可变化的因素考虑进去,其中就包括源和负载的阻抗状态、所施加的直流偏置的值、甚至温度信息等。

 

[转载]X参数的含义
图1  以这个多级放大器为例, 它的X参数是在频域内表达的并映射出各个频率的入射波(A) 和各个频率的
散布的波(B) 的关系。因为如果完全知道了入射波和在所有谐波频率上的散布的波的幅度和相位信息的话,
就相当于也完全知道了信号时域波形的信息, 所以我们就可以知道器件非线性输入- 输出特性。


 

[转载]X参数的含义
图2  可以看到, 这里所显示的X 参数完全覆盖了功率放大器实际的电路级设计结果。正如这里所证明的
这样, X 参数可以精确地与实际电路相关联。

[1] [2]
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0831/article_12952.html
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