X參數(shù)的含義

X 參數(shù)的公式

X參數(shù)是對(duì)S參數(shù)在數(shù)學(xué)上的擴(kuò)展，也就是更為科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄U(kuò)展集。為了更形象地表征X參數(shù)，圖1給出了功率管多次諧波失真的架構(gòu)，X參數(shù)正是基于這個(gè)架構(gòu)給出定義。A1為大信號(hào)激勵(lì)信號(hào)，B1為經(jīng)過功率管的反射信號(hào)，B2為功率管輸出的傳輸信號(hào)，A2是由于負(fù)載不完全匹配引入的發(fā)射信號(hào)；A1和A2為激勵(lì)信號(hào)，B1和B2為響應(yīng)信號(hào)。X參數(shù)表征響應(yīng)信號(hào)的基波、諧波與激勵(lì)之間的基波、諧波之間的相互關(guān)系，公式1給出X參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，例如：XT21,13意思是端口1的三次諧波為激勵(lì)信號(hào)與端口2的基波響應(yīng)之間的關(guān)系。X參數(shù)是專門用來表征和分析射頻功率器件的線性和非線性特性的一種更可靠、更完整的方法，作為S參數(shù)在大信號(hào)工作環(huán)境下的擴(kuò)展，X參數(shù)的測(cè)量條件是首先是使用一個(gè)大信號(hào)要把被測(cè)器件推動(dòng)到壓縮區(qū)或飽和區(qū)（這也是很多元器件的實(shí)際工作狀態(tài)），然后使用另外一個(gè)小信號(hào)依次模擬A1的每個(gè)諧波分量及A2的基波和每個(gè)諧波分量，從而測(cè)量出諧波的影響。由于X參數(shù)是在功率管的實(shí)際工作狀態(tài)下測(cè)量出來的，并且包含每個(gè)諧波分量的響應(yīng)，因此X參數(shù)真正代表了功率管的真實(shí)特性。結(jié)合Maury公司的阻抗Turner可以得到任意負(fù)載阻抗下的X參數(shù)，因此X參數(shù)可以覆蓋整個(gè)Smith圓圖。X參數(shù)支持級(jí)聯(lián)仿真，因此解決工程師級(jí)聯(lián)多級(jí)功放所遭遇的種種困難。

公式1X 參數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式

X 參數(shù)的生成

以下兩種方法都可以用來生成X參數(shù): 從安捷倫科技先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(ADS)軟件的電路級(jí)原理設(shè)計(jì)生成X參數(shù)，或著使用安捷倫科技PNA-X 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)量(NVNA) 應(yīng)用程序直接測(cè)量出X參數(shù)。

要想從ADS 的電路級(jí)原理圖中得到X參數(shù)，首先需要在ADS中設(shè)計(jì)好電路原理圖。電路原理圖完成之后，就可以把頻率、直流偏置、溫度和其它重要的參數(shù)輸入給ADS用來產(chǎn)生X參數(shù)的應(yīng)用程序(X-parameter Generator，X參數(shù)產(chǎn)生器)。這個(gè)工具使用電路級(jí)的設(shè)計(jì)來計(jì)算可供ADS諧波平衡或電路包絡(luò)仿真使用的器件或模塊的X參數(shù)。ADS的X 參數(shù)產(chǎn)生器工作起來非常靈活，可以為非線性多端口器件在多音激勵(lì)以及負(fù)載遷移仿真的條件下產(chǎn)生X 參數(shù)。

如果希望通過對(duì)器件的測(cè)量快速而精準(zhǔn)地得到X參數(shù)，就需要使用在安捷倫科技PNA-X 上實(shí)現(xiàn)的非線性矢
量網(wǎng)絡(luò)分析(NVNA)的測(cè)量技術(shù)。PNA-X NVNA 直接測(cè)量被測(cè)器件(DUT) 的 X 參數(shù)，這些通過測(cè)量得到的X參數(shù)可以移植到ADS的仿真程序中，或者就像S參數(shù)那樣顯示出來。使用NVNA測(cè)量X參數(shù)的時(shí)候，我們充分利用了PNA-X內(nèi)
置的兩個(gè)高性能激勵(lì)源，其中的一個(gè)激勵(lì)源用大信號(hào)激勵(lì)被測(cè)器件使其達(dá)到大信號(hào)工作點(diǎn)，同時(shí)第二個(gè)激勵(lì)源可以以各種適當(dāng)測(cè)量頻率和相位的信號(hào)給被測(cè)器件施加小的測(cè)量激勵(lì)信號(hào)。

非常小心仔細(xì)地控制PNA-X 內(nèi)部?jī)蓚€(gè)獨(dú)立信號(hào)源所產(chǎn)生的各種激勵(lì)信號(hào)的幅度和相位是測(cè)量X參數(shù)的關(guān)鍵，為了達(dá)到這一目的需要測(cè)量進(jìn)行校準(zhǔn)處理，如圖3所示。在這些激勵(lì)條件下測(cè)量各個(gè)散布信號(hào)波形的幅度和相位信息就可以得到X參數(shù)，無論器件是工作在線性狀態(tài)還是在非線性狀態(tài)，這些參數(shù)都能給工程師提供諸如增益、匹配之類的非常重要的信息。
X參數(shù)在各種條件下的都能成功應(yīng)用的有效性和精確性使之成為希望更好地了解有源器件非線性特性的工程師們的極為有用的工具。無論這些X 參數(shù)是用ADS 創(chuàng)建出來的還是通過PNA-XNVNA 直接測(cè)量得到的，它們都可以很容易地移植到ADS中，然后應(yīng)用到相關(guān)的器件或系統(tǒng)上，開始產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程或用于仿真產(chǎn)品的性能。

圖3NVNA 只需要一些簡(jiǎn)單的操作步驟就可以利用功率計(jì), 相位基準(zhǔn)(梳狀波發(fā)生器) 和矢量網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)件
就可以借助PNA-X 的分析能力把測(cè)量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差去除掉。

X參數(shù)其它重要的特性

● 可擴(kuò)展到超出50歐姆系統(tǒng)阻抗的范圍。雖然矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀固有的限制是對(duì)50歐姆阻抗的器件進(jìn)行測(cè)量，但是X參數(shù)的可擴(kuò)展性能夠讓器件的測(cè)量超越這一限制，例如對(duì)阻抗為3歐姆的功率放大器(PA) 的測(cè)量。這種應(yīng)用的擴(kuò)展即可以通過在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和被測(cè)器件之間添加一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，也可以使用負(fù)載遷移調(diào)諧器來實(shí)現(xiàn)。另外，由于使用ADS 的X 參數(shù)產(chǎn)生器創(chuàng)建X 參數(shù)的過程和結(jié)果不會(huì)受到它所能處理的器件的端口數(shù)、功率和頻率的限制，因此它能夠用來應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的器件設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，例如多端口器件、多音激勵(lì)的器件(例如混頻器)、多種直流偏置狀態(tài)的器件、甚至是任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的器件的設(shè)計(jì)。將來，在使用NVNA對(duì)器件進(jìn)行測(cè)量產(chǎn)生X參數(shù)的方法中也會(huì)有這種能力。
● 大功率測(cè)量。X 參數(shù)目前主要的應(yīng)用對(duì)象是像功放這類可以表現(xiàn)出很明顯的非線性特性的有源器件。即使是最基本的PAN-X 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的配置所能處理的功率只有1 瓦，NVNA卻可以用來測(cè)量大功率X參數(shù)，例如
GAN 和10 瓦、100 瓦和250 瓦的器件的X 參數(shù)。PNA-X 在硬件結(jié)構(gòu)上的靈活性可以很容易地使之應(yīng)用于100瓦，甚至是250瓦器件的測(cè)量上。

小結(jié)

隨著有源器件持續(xù)不斷地被應(yīng)用在非線性的工作區(qū)域，對(duì)器件的非線性特性進(jìn)行快速和精確測(cè)量的需要比以往更顯迫切。作為S參數(shù)邏輯和數(shù)學(xué)的擴(kuò)展，X 參數(shù)包含了豐富的非線性信息，其精確性和可信任性代表了它作為解決當(dāng)前業(yè)內(nèi)難題的理想解決方案的重要地位。無論是通過實(shí)測(cè)得到還是通過軟件的仿真創(chuàng)建，它們都能可以像眾所周知的S參數(shù)一樣給用戶提供其所需要的測(cè)量速度、精度與使用的方便性?；赬參數(shù)的器件特性模型可以方便快速地應(yīng)用于仿真環(huán)境，讓工程師們?cè)谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)，以最高的精確度非常確定性地設(shè)計(jì)出最為強(qiáng)健的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1]安捷倫.保證元器件設(shè)計(jì)一次成功的解決方案---對(duì)X參數(shù)非線性測(cè)量的意義的理解和認(rèn)識(shí)[G/DK].北京：安捷倫科技（中國(guó)）有限公司.2010.