Разработка и исследование СВЧ усилителей мощности при помощи "Х – параметров" и САПР ADS
Антон Зайцев,
инженер, ООО "Акметрон"
В компании АО «Акметрон» была проведена серия измерений "Х – параметров" мощного СВЧ усилителя S– диапазона в импульсном режиме, разработанного на базе LDMOS - транзистора. В результате измерений была получена поведенческая модель усилителя, поддерживаемая САПР Keysight Advanced Desing System (ADS). В статье описаны теоретические основы использования "Х – параметров" для описания нелинейных устройств, а также приведена методика проведения подобных измерений.
Введение
При разработке СВЧ усилителей мощности необходимо учитывать такие режимы работы транзисторов, в которых предсказать поведение нового устройства только на основании аналитических моделей порой невозможно. Компания KeysightTechnologies совместно с компанией MauryMicrowave предложили решение данной проблемы методом измерения "Х-параметров", описывающих нелинейные свойства активных устройств. Измеренные значения "Х-параметров" импортируются в САПР Keysight Advanced Desing System (ADS) для дальнейшего моделирования.
Нелинейные компоненты, используемые в устройствах, демонстрируют различное поведение при воздействии на них большим сигналом, например, компрессия или генерация гармоник, что так же не может быть описано "S-параметрами". На практике, описание поведения нелинейного устройства с помощью "X-параметров", даёт полное представление о гармонических и спектральных составляющих, возникающих при его работе, так же, с их помощью, осуществляется описание поведения устройства в установившемся состоянии при различных уровнях напряжения питания.
Теоретические основы
Так называемые "X-параметры" предназначены для описания поведения нелинейного устройства, которое не может быть описано с использованием линейных измерений "S-параметров". Поведение нелинейного устройства описывается с точки зрения нелинейных спектральных преобразований сигналов, заданных согласно сетке частот гармоник сигнала. Это позволяет убрать ограничения, которые присутствуют при измерениях "S-параметров". Так же, "X-параметры" позволяют выполнять измерения при условии каскадирования нелинейных элементов в архитектуре исследуемой модели устройства, без использования методов аппроксимации.
Рисунок 1 – каскадирование нелинейных элементов
"X-параметры" – математически корректное расширение "S-параметров" в область сигналов высокого уровня. Значения "X-параметров", в отличие от значений "S-параметров", содержат информацию о гармониках высшего порядка и продуктах, обусловленных интермодуляционными искажениями, а также их фазовые соотношения.
Значения "X-параметров" приближаются к значениям "S-параметров" в пределах сигналов низкого уровня.
Основная формула, используемая для описания поведения нелинейного устройства и обозначения, принятые в записи представлены ниже:
