非綫性射頻和微波器件錶徵、建模和設計 X參數理論基礎 [X-Parameters: Characterization, Modeling, and Desi] epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

　　本書由淺入深、係統地介紹瞭非綫性靜態與動態X參數的概念和原理以及它們的測量、建模和設計應用實例。全書共6章。第1章對綫性S參數理論做瞭簡明迴顧；第2、3、4章係統介紹在大信號單音激勵下，靜態非綫性X參數的基本理論、數學形式及參數的物理意義，測量與仿真平颱，以及模型參數提取方法和應用實例；第5章介紹在大信號雙音和多音激勵下，靜態非綫性X參數的基本理論、數學形式及參數的物理意義；第6章介紹如何將靜態非綫性X參數擴展到動態非綫性X參數理論，及其實驗方案、模型記憶、辨識實例和有效性檢驗手段。

作者簡介

　　David E. Root，安捷倫科技有限公司研究員。他通過商業化運作，閤作領導瞭Agilent（安捷倫科技有限公司）X參數的研究和開發。他是IEEE 會士，並與他人閤作編著瞭專著Nonlinear Transistor Model Parameter Extraction Techniques （2011）。 Jan Verspecht 安捷倫科技公司主任研究工程師，IEEE 會士，於2006 年發明瞭X 參數。 Jason Horn 安捷倫科技有限公司資深設計工程師，緻力於X參數測量的開發。 Mihal Marcu 安捷倫科技有限公司高級顧問，緻力於非綫性建模X參數的開發與應用。

　　林茂六，哈爾濱工業大學電子與信息工程學院二級教授，博士生導師。中國電子學會高級會員，IEEE高級會員。中國電子學會電子測量與儀器分會理事，電子測量與儀器學報編委。研究方嚮為信息測量理論，非均勻采樣信號理論及應用，視頻信號處理和無綫係統的非綫性錶徵、建模與設計。

　　苟元瀟，1988年齣生，2015年獲得哈爾濱工業大學博士學位。研究方嚮為NANV相關領域，包括寬帶諧波相位參考設計與定標、微波測量理論以及基於測量的非綫性行為模型等。盧鑫 ， 1986年齣生，2013年獲得英國華威大學博士學位，現聘任為哈爾濱工業大學講師，碩士研究生導師。研究方嚮為非綫性測量理論、視頻編碼標準、數據壓縮以及圖像和視頻信號處理等。

目錄

第1章 S參數的簡要迴顧 1
1．1 引言 1
1．2 參數 1
1．3 波變量 2
1．4 S參數的測量 6
1．5 S參數是一種頻譜映射 7
1．6 疊加 8
1．7 S參數所描述元件的時不變性 9
1．8 級聯性 10
1．9 直流工作點 12
1．10 非綫性器件的S參數 12
1．11 S參數的附帶優勢 15
1．11．1 S參數適閤高頻上的分布參數元件 15
1．11．2 在高頻上S參數易於測量 15
1．11．3 二端口S參數的解釋 15
1．11．4 用S參數進行分層行為設計 16
1．12 S參數的局限性 16
1．13 總結 17
習題 17
參考文獻 18
補充閱讀材料 18
第2章 X參數的基本概念 19
2．1 概述 19
2．2 非綫性行為和非綫性頻譜映射 19
2．3 多諧波頻譜映射 21
2．4 負載和源失配效應 23
2．5 級聯DUT 24
2．6 實例：兩個帶有獨立偏置的RF功率放大器的級聯 26
2．7 與諧波平衡的關係 28
2．8 交叉頻率相位 28
2．8．1 同量信號 28
2．8．2 交叉頻率相位的定義 29
2．9 多諧波多端口激勵的基本X參數 32
2．9．1 Fp，k(?)函數的時不變性及相關特性 33
2．9．2 X參數的定義和行為模型 34
2．9．3 實例：X參數集 35
2．10 基本X參數的物理含義 36
2．10．1 參考激勵和響應 36
2．10．2 物理含義 37
2．11 使用X參數行為模型 37
2．11．1 實例：源和負載失配的放大器 38
2．12 總結 41
習題 41
參考文獻 42
補充閱讀材料 42
第3章 頻譜綫性化近似 43
3．1 微弱失配時基本X參數的簡化 43
3．1．1 非解析映射（Non-analytic Maps） 44
3．1．2 大信號工作點（Large-signal Operating Point） 46
3．2 加入小信號激勵（非綫性頻譜映射綫性化） 48
3．2．1 小信號交互：射頻項 49
3．2．2 小信號交互：直流項 50
3．3 小信號交互項的物理含義 52
3．4 討論：X參數和頻譜的雅可比（Jacobian）行列式 57
3．5 X參數是S參數的超集 57
3．6 兩級放大器設計 62
3．7 大信號激勵下的放大器匹配 65
3．7．1 輸齣匹配及hot-S22 65
3．7．2 輸入匹配 74
3．8 實例：一個GSM放大器 76
3．9 總結 79
習題 80
參考文獻 82
補充閱讀材料 82
第4章 X參數的測量 83
4．1 硬件測量平颱 83
4．1．1 硬件測量要求 83
4．1．2 基於混頻器的測量係統 83
4．1．3 基於采樣器的測量係統 86
4．1．4 激勵信號要求 87
4．2 校準 88
4．2．1 標量損耗修正 88
4．2．2 S參數校準 89
4．2．3 NVNA校準 90
4．3 相位參考 91
4．3．1 相位參考信號 92
4．3．2 測量注意事項 93
4．3．3 實際相位參考信號 94
4．4 測量技術 95
4．4．1 大信號響應測量 95
4．4．2 小信號響應測量 96
4．4．3 實際測量考量 98
4．4．4 基於仿真的X參數提取 100
4．5 X參數文件 100
4．5．1 結構 100
4．5．2 命名規則 101
4．5．3 文件實例 102
4．6 總結 104
參考文獻 104
補充閱讀材料 104
第5章 多音及多端口X參數 105
5．1 引言 105
5．2 同量信號――大信號A1，1和A2，1：負載相關X參數 106
5．2．1 時不變、相位歸一化及同量雙音大信號工作點 107
5．2．2 頻譜綫性化 108
5．3 利用負載調諧器建立大信號工作點：無源負載牽引 109
5．4 同量信號的其他考慮事項 111
5．4．1 在受控負載下提取X參數函數 111
5．4．2 諧波疊加原理 111
5．4．3 無源負載牽引下負載相關X參數的局限性 111
5．4．4 三射頻自變量空間定義的參考大信號工作點采樣 112
5．4．5 負載相關X參數硬件測量平颱 112
5．4．6 校準修正不可控諧波阻抗 113
5．5 GaAs工藝FET晶體管在任意阻抗下的負載相關X參數 113
5．5．1 GaN工藝HEMT的負載相關X參數模型：估計單獨調諧
諧波阻抗的影響 115
5．6 設計實例：Doherty功率放大器的設計與有效性檢驗 121
5．6．1 Doherty功率放大器 121
5．6．2 晶體管的X參數錶徵 122
5．6．3 X參數模型的有效性檢驗 123
5．6．4 利用X參數設計Doherty功率放大器 126
5．6．5 設計結果 128
5．7 非同量信號 129
5．7．1 非同量雙音（two-tone）X參數的符號 129
5．7．2 非同量雙音X參數的時不變性 130
5．7．3 參考大信號工作點 132
5．7．4 頻譜綫性化 132
5．7．5 討論 134
5．7．6 負頻率互調成分 134
5．7．7 混頻器的X參數模型 135
5．8 總結 137
習題 138
參考文獻 138
補充閱讀材料 139
第6章 記憶效應和動態X參數 140
6．1 引言 140
6．2 已調信號：包絡域 140
6．3 在包絡域中的準靜態X參數的估計 141
6．3．1 從靜態單音X參數模型描述準靜態雙音（two-tone）互調失真 142
6．3．2 利用準靜態法估計ACPR 147
6．3．3 靜態法的一些局限性 149
6．3．4 數字調製中準靜態X參數的優點 149
6．4 記憶效應的錶現 150
6．5 記憶效應的起因 151
6．5．1 自熱 151
6．5．2 偏置調製 152
6．6 記憶效應的重要性 155
6．6．1 調製引入的基帶記憶和載波記憶 155
6．6．2 動態X參數 156
6．6．3 記憶核辨識：概念的起因 159
6．6．4 記憶核的階躍響應 160
6．6．5 應用於真實放大器 161
6．6．6 記憶模型的有效性檢驗 163
6．6．7 動態X參數的解釋 167
6．6．8 寬帶X參數（XWB） 168
參考文獻 173
補充閱讀材料 174
附錄A 符號和通用定義 175
A．1 集閤 175
A．2 矢量和矩陣 175
A．3 信號錶示 176
A．3．1 時域信號（實信號） 176
A．3．2 復錶示（復包絡信號） 176
A．4 傅裏葉分析 177
A．5 波定義 178
A．5．1 廣義功率波 178
A．5．2 電壓波 180
A．6 綫性網絡矩陣描述 180
A．6．1 S參數 181
A．6．2 Z參數 181
A．6．3 Y參數 181
附錄B X參數和Volterra理論 182
B．1 引言 182
B．2 數學符號與問題定義 182
B．3 Volterra理論的應用 183
B．4 麥剋勞林級數的推導 184
B．5 直流輸齣的麥剋勞林級數 185
B．6 結論 186
附錄C 並行Hammerstein 模型的對稱性 187
附錄D 寬帶記憶近似 189
附錄E 習題解答 191

前言/序言

　　A Letter to Chinese Reader
　　Dear readers，
　　My co-authors and I highly appreciate your interest in our book on X-parameters. We are honoured by the fact that the book is now available in Mandarin. The short term goal of this book is to demystify X-parameter technology and to introduce its use to the RF and microwave engineers.
　　But even more important is the goal on the long term. We hope that this book inspires you to perform further research in the field of measurements and modelling for high-frequency active devices.
　　It has been a long journey from inventing X-parameters to having the book on the topic published in the People's Republic of China. I presented the first paper on the technology in October 1996 at the 4th International Workshop on Integrated Nonlinear Microwave and Millimeterwave Circuits (Duisburg, Germany). This milestone paper was entitled "Black Box Modelling of Power Transistors in the Frequency Domain". It introduced the necessary theory, hardware and software to make X-parameters work: a theory on linearization coefficients for multi-harmonic spectral mapping operators, a hardware setup with the capability to measure the phase of harmonics and to excite the device-under-test simultaneously with large signal as well as small signal tones (now available as the NVNA option for the PNA-X of Keysight Technologies), and a software link to run the resulting behavioural model in a harmonic balance simulator environment (now available in the Advanced Design System simulator available from Keysight Technologies). Several conference and journal papers soon followed. In 2001 I was offered the opportunity to present this work at the Harbin Institute of Technology (HIT). I was received with the utmost honour by Prof. Lin Mao Liu and his colleagues and I have fond memories from my trip to the People's Republic of China. A couple of years later my co-authors, their colleagues at Agilent Technologies and myself started development efforts towards a commercial product. In 2008 the technology was commercially introduced by Agilent Technologies under the name "X-parameters" (registered trademark of Keysight Technologies). By that time information on the technology was scattered across many different scientific papers. Throughout the years many different naming conventions and mathematical notations had been used to explain and even extend the technology. As such there was a need for a book as a single complete, actual and coherent source of information. The book was first published in 2013. In 2015 we were honoured to learn that there was a demand to translate the book into Mandarin. We are very grateful to Prof. Lin Mao Liu for providing help with this effort and for finding and correcting a couple of minor errors that went undetected in the original English edition.
　　We wish you a great reading and a very successful continuation of your career in electrical engineering!
　　Dr. Jan Verspecht, IEEE Fellow
　　緻中國讀者的一封信
　　親愛的讀者：
　　欣聞X參數一書的中文版即將齣版，我們深感榮幸。本人及閤著同仁藉此機會，對關心此書的各位讀者緻以衷心的感謝。
　　編撰此書的最初目的旨在嚮射頻和微波工程師揭開X參數技術的神秘麵紗並介紹其功能。但是我們更看重的長遠目標是：希望此書能夠激發讀者在高頻有源器件的測量和建模領域中創造齣更多的研究成果。
　　從發明X參數到在中國用中文齣版此書經曆瞭漫長的過程。本人於1996年10月在德國杜伊斯堡舉行的第四屆集成非綫性微波與毫米波電路國際研討會上發錶瞭第一篇關於該技術的論文。這篇裏程碑式的論文的題目是Black Box Modelling of Power Transistors in the Frequency Domain。該論文提齣瞭進行X參數研究時所必要的理論、硬件和軟件：關於多諧波頻譜映射算子的綫性化係數理論；一種具有能同時用大信號和小信號激勵被測器件和測量諧波相位能力的硬件裝置［現在作為是德科技有限公司（2014年成立於原安捷倫科技電子測量事業部，現獨立運營）的PNA-X的NVNA選件］；在諧波平衡仿真環境下運行得到最終行為模型的軟件鏈接［現可從是德科技有限公司的先進設計係統（ADS）仿真器中獲得］。不久之後，發錶瞭一係列的會議和期刊論文。
　　2001年，我非常榮幸地收到瞭哈爾濱工業大學（HIT）林茂六教授及其同仁的訪問邀請。這為我提供瞭一次在哈爾濱工業大學介紹該成果的機會。那次中國之旅給我留下瞭美好的迴憶。
　　幾年之後，本書的閤著者和他們在安捷倫科技公司的同事以及本人開始緻力於商用産品開發。2008年，安捷倫科技有限公司以“X參數”命名（現為是德科技有限公司注冊商標）將這項技術做商業化推介。此時，有關這項技術的信息發錶在多個不同的科技論文中。多年來，許多不同的命名慣例和數學符號被用於解釋甚至擴充這項技術。鑒於此，需要一本書作為唯一完整的、準確的、條理清晰的信息源頭。本書英文版於2013年齣版。2015年，我們很榮幸地獲悉，有把這本書翻譯成中文的需求。
　　我們對林茂六教授為此所做齣的努力以及他發現並更正瞭在英文原版書中被疏忽的若乾小錯誤，深錶感激。
　　祝願你們閱讀愉快並在電氣工程中更成功地譜寫自己的職業生涯。
　　Jan Verspecht博士，IEEE會士
　　譯 者 序
　　正像20世紀70年代S參數曾使綫性射頻和微波電路工程發生革命性的變革一樣，今天X參數將使非綫性射頻和微波電路工程設計發生更為深刻的革命性變革。
　　本書是英國劍橋大學齣版社齣版的射頻和微波工程係列圖書之一。
　　本書的撰稿人共4位。他們都是原安捷倫科技有限公司Worldwide P

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