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一个大信号 网络分析仪: 为什么需要它? Wendy Van Moer 和Yves Rolain 在过去的几十年间，线性系统理论在工程应用中起着支 的很多年里，这种方式可以满足非线性器件的建模要 配性的作用。几乎所有的工程师都是在线性理论的框架 求。随后，器件逐渐被推向小信号工作区的边缘，此 中成长起来的，并且有许多现成的测试和模拟线性器件 时，线性模型甚至无法定性地描述系统的特性了。 46 IEEE microwave magazine 的方法。几乎所有的非线性或无法线性化的现象都被视 即使对于非线性度不高的器件，由于其丰富的非线 为干扰而必须加以消除。然而，低功率和大带宽的应用 性特征，直觉的线性知识通常也不再适用了。对于非线 要求将越来越多的器件从线性区推向了非线性工作区。 性设计来说，情况似乎更糟糕，因为工程师仅有仿真结 试想一下，例如，一个要求很高的用户要求手机的性能 果和诸如三阶交调点（TOI ）[1]或 1dB 压缩点等很少的 优越，价格低廉且又有较大的自主权。这些要求大部分 一些参量。显然，少量测试出的品质因数无法表征器件 都需要通过提高晶体管的效率来获得。问题是，提高晶 的一般特性。模拟域内的品质因数简单摒弃了相位效 体管的效率意味着将工作点推近了压缩区。因为压缩是 应，将完整的谐波图压缩为一个数字。除了系统方法 非线性的同义词，所以掌握器件的非线性行为的本质是 （LTI 理论）外，人们已经开发出了特定的晶体管模型 很有必要的。通过更好地将自己置身于入非线性世界， 来描述这些器件的线性和非线性特性。另一方面，现有 模拟通信系统的组成模型如 RFIC 的非线性特征就会变 的模型通常含有大量的必须要准确设定的参数。在实际 得比较容易了。 情况下，这些模型的仿真结果通常会由于参数设定得不 好而受到影响。主要的问题是对于当从一个频率到另外 为什么要考虑大信号网络分析仪？ 一个频率的输入到输出的功率传输时，我们无法洞察其 正如无数个成功地应用线性时不变（LTI ）理论的实例 本质。 所证明的，线性时不变系统（LTI ）或线性传输方程是 无论是模拟域的品质因数， 还是强力建模（brute 分析，设计和测量 LTI 系统的强有力的且已经掌握得很 force modeling ）都无法使设计者们准确地得到非线性器 好的工具。在这个框架中的一个悖论是，从数学角度上 件或系统的一般特性。由于测量仪器的问题，要确定模 讲，不存在一个能完全满足 LTI 要求的系统，说白了就 型的特性是否与特定的品质因数相吻合则几乎是不可能 是脉冲响应与输入信号的功率完全无关。很明显，当施 的。 加的功率趋于无穷大时将会摧毁所有系统。实际上，对 我们在此解释了线性和非线性结构的相似性和不同 于性能依赖于功率范围的器件来说，LTI 系统可以看作 之处以便挖掘出非线性测量的缺陷和面临的挑战。 是该器件工作特性的一个近似。所以，当在小信号工作 区内时，LTI 系统理论甚至可以很成功地模拟像晶体管 LTI 系统 这样一类非线性度很强的器件。因此，非线性特征被线 LTI 系统是什么样的，它的行为特性如何，如何通过测 性化了，非线性现象被看做是必须消除的干扰。在过去 量来确定它的特性？ _______________________________________________________________________________________________________ Wendy Van Moer and Yves Rolain are with Vrije Universiteit Brussel(Dept.ELEC/TW);Pleinlaan 2; B-1050 Brussel (Belgium) Phone: +32.2.629.28.68; Fax: +8.50; E-mail: wendy.vanmoer@vub.ac.be. 46 IEEE microwave magazine December 2006