一種用于動態(tài)x參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置及方法
【專利摘要】一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置及方法，涉及動態(tài)X參數(shù)行為模型的輸入激勵信號產生技術。解決了現(xiàn)有動態(tài)X參數(shù)的脈沖信號源產生方法中的激勵信號源獲取困難，脈沖信號源產生裝置的結構復雜，進而導致動態(tài)X參數(shù)的脈沖信號源產生困難和信號穩(wěn)定性差的問題。非線性矢量網絡分析儀內部的射頻模塊產生截止態(tài)關斷的單頻射頻脈沖并將該單頻射頻脈沖發(fā)射至信號合路器，矢量信號發(fā)生器產生單頻射頻載波脈沖，并將該單頻射頻載波脈沖發(fā)射至信號合路器，信號合路器將單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖進行同相疊加，產生射頻二值脈沖。本發(fā)明適用于產生動態(tài)X參數(shù)行為模型的輸入激勵信號。
【專利說明】—種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及動態(tài)X參數(shù)行為模型的輸入激勵信號產生技術。
【背景技術】
[0002]X參數(shù)，也稱多諧波失真(PHD)行為模型，是于2006年才提出的一種新型射頻微波器件參數(shù)化行為模型理論。從數(shù)學角度來看，X參數(shù)是射頻微波器件在大信號條件下S參數(shù)的嚴謹擴展集。區(qū)別于傳統(tǒng)S參數(shù)只適用于單頻點、小信號以及線性化系統(tǒng)的特點，X參數(shù)的主要特點在于精確表征、描述以及仿真器件在真實的大信號工作環(huán)境的非線性行為響應和輸出特性。而對于工作在非線性區(qū)域內的功率放大器，特別是激勵信號為WiMax、CDMA這類高峰均值比信號時，功率放大器不僅表現(xiàn)出強烈的非線性，并伴隨產生各種互調以及諧波失真，其本身的工作狀態(tài)也會隨輸入信號的改變而發(fā)生相應改變。譬如時變工作條件下誘發(fā)產生的動態(tài)自熱效應、偏置電路感生調制(induced-modulation)以及動態(tài)陷講效應等，使得功率放大器的瞬時響應輸出不僅取決于當前時刻的瞬時輸入，還與過去所有時刻的輸入信號強度有關，即器件的瞬時響應輸出表現(xiàn)出明顯的長期記憶效應，此時靜態(tài)X參數(shù)便不能精確表征器件的性能?；谶@種狀況，很多研究學者提出了長期記憶效應的表征方法，其中動態(tài)X參數(shù)模型是目前已被證明最為成熟的理論。
[0003]5(0-{^r (|沖)|) +J:G(|沖)|,|沖-
[0004]上式為動態(tài)X參數(shù)行為模型的完整數(shù)學表達式，其中A (t)，B (t)分別代表輸入輸出信號的包絡域信息，P=exp(jArg(All))表示相位旋轉因子，F(xiàn)CW(.)代表了器件的穩(wěn)態(tài)輸出，G(x，y, u)代表了由于長期記憶效應引入的記憶核函數(shù)，其參數(shù)的物理意義分別為:x代表了當前時刻輸入信號的絕對幅度，y代表了過去時刻輸入信號的絕對幅度，而u則表示兩者的時間間隔。從上述行為模型可以清楚的發(fā)現(xiàn)，記憶核函數(shù)描述了過去所有時刻對當前瞬時輸出的影響，故動態(tài)X參數(shù)的核心問題在于記憶核函數(shù)的提取。眾所周知行為模型摒棄了對器件內部具體電路的認知和分析，而是利用有效性已被驗證的理論以及合理的假設來進行建模，再通過相應的測量手段獲取真實工作條件下器件的激勵和完整響應，因此理想的激勵信號是提取器件動態(tài)X參數(shù)行為模型的關鍵要素和必不可少條件。
[0005]結合動態(tài)X參數(shù)行為模型適用背景和理論推導過程，在模型參數(shù)提取實驗中對輸入激勵信號提出了以下特別要求:a)激勵信號穩(wěn)態(tài)單獨工作時應為窄帶信號，最好為純凈的單頻信號山)激勵信號絕對幅度值在理想情況下僅包含兩種電平值；c)激勵信號作為單獨輸入時，其幅度需保持恒定不變，或者較小的抖動，這主要是為了保證動態(tài)X參數(shù)行為模型線性化過程中精確度；d)兩個幅度之間的轉換時間應維持在ns甚至ps級別；e)激勵信號電平的兩種狀態(tài)可獨立、精確線性控制。因此對于射頻微波器件的動態(tài)X參數(shù)行為建模理論而言，造成其難以廣泛推廣的主要原因在于參數(shù)提取過程所需的激勵信號源難以獲得。雖然目前商業(yè)射頻微波儀器已具備一些雛形，比如射頻脈沖信號，但仍難以滿足實際工程應用所面臨的巨大需求，因此本發(fā)明將致力于提出一種實現(xiàn)方便、性能優(yōu)異且能減少試驗次數(shù)提高測量效率的脈沖信號源的產生方法。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有動態(tài)X參數(shù)的脈沖信號源產生方法中的激勵信號源獲取困難，脈沖信號源產生裝置的結構復雜，進而導致動態(tài)X參數(shù)的脈沖信號源產生困難和信號穩(wěn)定性差的問題，提出了一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置及方法。
[0007]—種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置，其特征在于，所述裝置包括非線性矢量網絡分析儀、矢量信號發(fā)生器和信號合路器，
[0008]非線性矢量網絡分析儀包括射頻模塊，所述射頻模塊產生截止態(tài)關斷的單頻射頻脈沖，
[0009]射頻模塊的單頻射頻脈沖信號輸出端與信號合路器的單頻射頻脈沖信號輸入端連接，
[0010]矢量信號發(fā)生器產生單頻射頻載波脈沖，所述單頻射頻載波脈沖的頻率與射頻模塊產生的單頻射頻脈沖的頻率相同，
[0011]矢量信號發(fā)生器的單頻射頻載波脈沖信號輸出端與信號合路器的單頻射頻載波脈沖信號輸入端連接。
[0012]所述一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置還包括定向耦合器，信號合路器的射頻二值脈沖信號輸出端與定向耦合器的射頻二值脈沖信號輸入端連接，定向耦合器的第一射頻二值脈沖信號輸出端與非線性矢量網絡分析儀的射頻二值脈沖信號輸入端連接。
[0013]一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生方法，它包括以下步驟:
[0014]步驟一、將非線性矢量網絡分析儀的工作狀態(tài)設置為在包絡脈沖測試域環(huán)境下的工作狀態(tài)；
[0015]步驟二、采用非線性矢量網絡分析儀內部的射頻模塊產生截止態(tài)關斷的單頻射頻脈沖，并將該單頻射頻脈沖發(fā)射至信號合路器；
[0016]步驟三、采用矢量信號發(fā)生器產生單頻射頻載波脈沖，所述單頻射頻載波脈沖的頻率與步驟二中射頻模塊產生的單頻射頻脈沖的頻率相同，并將該單頻射頻載波脈沖發(fā)射至信號合路器；
[0017]步驟四、采用信號合路器將單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖進行同相疊加，產生射頻二值脈沖。
[0018]有益效果:本發(fā)明所述脈沖產生裝置，通過非線性矢量網絡分析儀和矢量信號發(fā)生器發(fā)射出單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖，將單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖經過信號合路器即可生成射頻二值脈沖，克服了脈沖信號源產生裝置結構復雜和激勵信號獲取困難的問題，同時，單頻射頻脈沖持續(xù)周期可以通過非線性矢量網絡分析儀面板直接控制，從而使信號的穩(wěn)定性提高了 10%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置的結構示意圖；圖2為在三種不同幅度的單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖組合下的射頻二值脈沖包絡域信息波形圖；圖3為被測器件5輸出信號的基波瞬時輸出包絡域信息波形圖；圖4為被測器件5輸出信號的二次諧波瞬時輸出包絡域信息波形圖。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一、結合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置包括非線性矢量網絡分析儀1、矢量信號發(fā)生器3和信號合路器2，
[0021]非線性矢量網絡分析儀I包括射頻模塊，所述射頻模塊產生截止態(tài)關斷的單頻射頻脈沖，
[0022]射頻模塊的單頻射頻脈沖信號輸出端與信號合路器2的單頻射頻脈沖信號輸入端連接，
[0023]矢量信號發(fā)生器3產生單頻射頻載波脈沖，所述單頻射頻載波脈沖的頻率與射頻模塊產生的單頻射頻脈沖的頻率相同，
[0024]【具體實施方式】二、結合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置的區(qū)別在于，它還包括定向耦合器4，信號合路器2的射頻二值脈沖信號輸出端與定向耦合器4的射頻二值脈沖信號輸入端連接。
[0025]【具體實施方式】三、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置的區(qū)別在于，所述非線性矢量網絡分析儀I采用型號為N5242APNA-X的微波網絡分析儀。
[0026]【具體實施方式】四、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置的區(qū)別在于，所述矢量信號發(fā)生器3采用型號為E4438C的矢量信號發(fā)生器。
[0027]【具體實施方式】五、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置在于，所述信號合路器2采用型號為11667B的信號合路器。
[0028]【具體實施方式】六、本【具體實施方式】所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生方法，它包括以下步驟:
[0029]步驟一、將非線性矢量網絡分析儀的工作狀態(tài)設置為在包絡脈沖測試域環(huán)境下的工作狀態(tài)；
[0030]步驟二、采用非線性矢量網絡分析儀內部的射頻模塊產生截止態(tài)關斷的單頻射頻脈沖，并將該單頻射頻脈沖發(fā)射至信號合路器；
[0031]步驟三、采用矢量信號發(fā)生器產生單頻射頻載波脈沖，所述單頻射頻載波脈沖的頻率與步驟二中射頻模塊產生的單頻射頻脈沖的頻率相同，并將該單頻射頻載波脈沖發(fā)射至信號合路器；
[0032]步驟四、采用信號合路器將單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖進行同相疊加，產生射頻二值脈沖。
[0033]本申請中，信號合路器2將單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖進行同相疊加，產生的射頻二值脈沖的時域幅值變化范圍為0-0.2V，掃動間隔為0.02V，脈沖周期為IOOiI S，占空比為50%，采樣間隔為I ii s ;將單頻射頻脈沖的幅值設為A，將單頻射頻載波脈沖的幅值設為B，則當射頻二值脈沖處于高電平時，射頻二值脈沖的絕對幅度值為A+B，當射頻二值脈沖處于截止關斷狀態(tài)時，射頻二值脈沖的絕對幅度值為A ;圖2為在三種不同幅度的單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖組合下的射頻二值脈沖包絡域信息，從圖中可以看出，盡管三種組合的幅度不同，但是最后產生的射頻二值脈沖的曲線形狀是相同的，由此可以看出本發(fā)明所述的裝置和方法所產生的射頻二值脈沖是非常穩(wěn)定的。
[0034]為了提取動態(tài)X參數(shù)行為模型，可以加入被測器件5以實現(xiàn)該目的，定向耦合器4的第二射頻二值脈沖信號輸出端與被測器件5的射頻二值脈沖信號輸入端連接，被測器件5的激勵信號輸出端與非線性矢量網絡分析儀I的激勵信號輸入端連接，非線性矢量網絡分析儀I通過對被測器件的輸出信號進行分析獲得被測器件5輸出信號的基波瞬時輸出包絡域信息和二次諧波瞬時輸出包絡域信息，如圖3和圖4所示，從而為動態(tài)X參數(shù)模型的計算提供準確的數(shù)據；被測器件5可以采用型號為ZFL_11AD+的功率放大器，根據功率放大器的用戶手冊，被測器件5的最大增益值為13dB，輸入IdB功率壓縮點為_8dBm，其對應歸一化時域幅度值為0.12V。
【權利要求】
1.一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置，其特征在于，所述裝置包括非線性矢量網絡分析儀(I)、矢量信號發(fā)生器(3)和信號合路器(2)， 非線性矢量網絡分析儀(I)包括射頻模塊，所述射頻模塊產生截止態(tài)關斷的單頻射頻脈沖， 射頻模塊的單頻射頻脈沖信號輸出端與信號合路器(2)的單頻射頻脈沖信號輸入端連接， 矢量信號發(fā)生器(3)產生單頻射頻載波脈沖，所述單頻射頻載波脈沖的頻率與射頻模塊產生的單頻射頻脈沖的頻率相同， 矢量信號發(fā)生器(3)的單頻射頻載波脈沖信號輸出端與信號合路器(2)的單頻射頻載波脈沖信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置，其特征在于，它還包括定向I禹合器(4 ),信號合路器(2 )的射頻二值脈沖信號輸出端與定向f禹合器(4 )的射頻二值脈沖信號輸入端連接，定向耦合器(4)的第一射頻二值脈沖信號輸出端與非線性矢量網絡分析儀(I)的射頻二值脈沖信號輸入端連接。
3.根據權利要求1所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置，其特征在于，所述非線性矢量網絡分析儀(I)采用型號為N5242A PNA-X的微波網絡分析儀。
4.根據權利要求1所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置，其特征在于，所述矢量信號發(fā)生器(3)采用型號為E4438C的矢量信號發(fā)生器。
5.根據權利要求1所述的一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生裝置，其特征在于，所述信號合路器(2)采用型號為11667B的信號合路器。
6.一種用于動態(tài)X參數(shù)的射頻二值脈沖產生方法，其特征在于，它包括以下步驟: 步驟一、將非線性矢量網絡分析儀的工作狀態(tài)設置為在包絡脈沖測試域環(huán)境下的工作狀態(tài)； 步驟二、采用非線性矢量網絡分析儀內部的射頻模塊產生截止態(tài)關斷的單頻射頻脈沖，并將該單頻射頻脈沖發(fā)射至信號合路器； 步驟三、采用矢量信號發(fā)生器產生單頻射頻載波脈沖，所述單頻射頻載波脈沖的頻率與步驟二中射頻模塊產生的單頻射頻脈沖的頻率相同，并將該單頻射頻載波脈沖發(fā)射至信號合路器； 步驟四、采用信號合路器將單頻射頻脈沖和單頻射頻載波脈沖進行同相疊加，產生射頻二值脈沖。
【文檔編號】H03K5/156GK103618521SQ201310669411
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】茍元瀟, 傅佳輝, 林茂六, 郭婉瑩 申請人:哈爾濱工業(yè)大學