谐波平衡法仿真

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1、谐波平衡法仿真的基本原理仿真控制器重要参数的含义单音谐波平衡仿真1dB功率压缩点的仿真双音谐波平衡仿真IP3或TOI的仿真时域特性分析第七章谐波平衡法仿真【本章重点】谐波平衡法仿真是研究非线性电路的非线性特性和系统失真的频域仿真分析法。一般适合模拟射频微波电路仿真。本章首先介绍谐波平衡法仿真基本原理及相关控件使用情况，然后利用实例详细介绍谐波平衡仿真法的一般相关操作及注意事项。7.1谐波平衡法仿真基本原理及功能在射频电路设计中，通常需要得到射频电路的稳态响应。如果采用传统的SPICE模拟器对射频电路进行仿真，通常需要经过很长的瞬态模拟时间电路的响应才会稳定。对于射频电路，可以

2、采用特殊的仿真技术在较短的时间内获得稳态响应，谐波平衡法就是其中之一。在频域中描述如三极管、二极管等非线性器件是非常困难的，然而，在时域中这些非线性元件很容易得到其非线性模型。因此，在谐波平衡仿真器中，非线性系统用时域描述，用频率描述线性系统，谐波平衡分析法将时域和频域通过FFT结合起来，它将电路状态变量近似写成傅立叶级数展开的形式，通常展开项必须取得足够大，以保证高次谐波对于模拟结果的影响可以忽略不计。谐波平衡法在目前的商用RF软件中得到了很好的应用，如ADS、AWR、Hspice、Nexxim等都支持HB分析。谐波平衡仿真是非线性系统分析最常用的分析方法，用于仿真非线性电

3、路中的噪声、增益压缩、谐波失真、振荡器寄生、相噪和互调产物，它要比SPICE仿真器快得多，可以用来对混频器、振荡器、放大器等进行仿真分析。对放大器而言，采用谐波平衡法分析的目的就是进行大信号的非线性模拟。通过它可以模拟电路的1dB输出功率、效率以及IP3等与非线性有关的量。谐波平衡法仿真有如下的功能：确定电流或电压的频谱成分；计算参数，如：三阶截取点，总谐波失真及交调失真分量；执行电源放大器负载激励回路分析；执行非线性噪声分析。7.2谐波平衡法仿真面板与仿真控制器ADS中有专门针对谐波平衡法仿真的元件面板，在“Simulation-HB”类元件面板中包括了所有谐波平衡参数仿真

4、需要的控件，如图7-1所示。主要控件名称：HB：谐波平衡法仿真控制器Options：谐波平衡法仿真设置控制器SweepPlan：参数扫描计划控制器PrmSwp：参数扫描控制器Term：终端负载DispTemp：显示模板控件MeasEqn：仿真测量等式控件It：时域电流波形控件Vt：时域电压波形控件Pt：功率显示控件BudLin：线性化预算分析控件NoiseCon：谐波噪声控制控件Ifc：频域电流显示控件Vfc：频域电压显示控件Pspec：功率谱密度显示控件OscPort：接地振荡器端口元件OscPrt2：差分振荡器端口元件NdSet：节点设置NdSetName：节点名IP3i

5、n：输入三阶交调点分析控件IP3out：输出三阶交调点分析控件Ipn：N阶截止点分析控件SNR：信噪比分析控件Bdfreq：频率预算控件BuGain：增益预算控件BuGmma：反射系数预算控件BudPwrl:入射功率预算控件BdPwrR:反射功率预算控件BudSNR:信噪比预算控件图7-1HB参数仿真面板1．谐波平衡法仿真控制器谐波平衡法仿真控制器（HB）如图7-2所示，是控制谐波平衡法仿真的最主要控件，可以设置谐波平衡法仿真的基准频率（FoundamentalFrequency）、最高次谐波的次数，扫描参数，仿真执行参数和噪声分析等相关参数。图7-2谐波平衡仿真控制器双击图

6、标，弹出谐波平衡控制器参数设置窗口，主要包括【Freq】、【Sweep】、【IntialGuess】、【Oscillator】、【Noise】、【Small-Sig】、【Params】、【Solver】、【Output】、【Display】10个选项卡。（1）Freq：谐波平衡法仿真需要设置仿真执行时的基准频率和高次谐波等相关参数，用户可以通过【Freq】选项卡进行这些参数设置，如图7-3所示。相关参数描述及说明如表7-1所示。表7-1频率设置中的相关参数参数名称参数描述说明Frequency基波频率必须设置至少一个基波频率Order最大谐波次数频率中含有的最大谐波次数Max

7、imummixingorder最大混频次数混频后频率成分的最大次数StatusLevel设置仿真状态窗口中显示信息的多少0：表示显示很少的信息1和2：表示显示正常的仿真信息3和4：表示显示很多的信息（2）Sweep：如果在进行谐波平衡法仿真时需要对某个参数进行扫描，用户可以通过【Sweep】选项卡进行相关设置，如图7-4所示，各参数的含义如表7-2所示。图7-3Freq参数设置图7-4Sweep参数设置参数名称参数描述说明Parametertosweep需要扫描的变量必须是原理图中设置的变量SweepT