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(guò)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(zhuān)門(mén)用來(lái)表征和分析射頻功率器件的線(xiàn)性和非線(xiàn)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(lái)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(lái)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(xiàn)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(lái)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(lái)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(lái)非常靈活，可以為非線(xiàn)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(guò)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(xiàn)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(guò)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(lái)。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(wú)論器件是工作在線(xiàn)性狀態(tài)還是在非線(xiàn)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(lèi)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(xiàn)性特性的工程師們的極為有用的工具。無(wú)論這些X 參數(shù)是用ADS 創(chuàng)建出來(lái)的還是通過(guò)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(kāi)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以使用負(fù)載遷移調(diào)諧器來(lái)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(guò)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(lái)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(lái)，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(lèi)可以表現(xiàn)出很明顯的非線(xiàn)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(lái)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(xiàn)性的工作區(qū)域，對(duì)器件的非線(xiàn)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(xiàn)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(wú)論是通過(guò)實(shí)測(cè)得到還是通過(guò)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(hù)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(xiàn)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.