諧波平衡法

諧波平衡法

波平衡法,或稱描述函式法,是經典控制理論中處理非線性問題行之有效的方法。方法的內容之一是用近似方程有、無周期解來判斷原系統方程有、無周期解。原始的諧波平衡法,其基本原理是將動態方程的每一狀態變數用一個傅立葉級數表示,以滿足其周期性的要求.然後,套用最佳化算法,最佳化傅立葉級數的係數,使得系統方程具有最小的誤差.這種原始方法,雖然避開了在時域內對動態方程進行數值積分疊代的複雜過程.

諧波平衡法

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隨著無線通信的發展,射頻電路逐漸得到了廣泛套用。在射頻電路設計中,通常需要得到射頻電路在信號激勵下的穩態回響。如果採用傳統的SPICE模擬器對射頻電路進行模擬,為了得到電路的穩態回響,通常需要經過很長的瞬態模擬時間,電路的回響才會穩定。 對於射頻電路的穩態回響,可以採用特殊的模擬技術在較短的時間內獲得,諧波平衡法就是其中之一。
我們知道,在頻域中要描述象三極體、二極體那樣的非線性器件是非常困難的,然而,我們能容易的在時域中得到非線性元件的非線性模型。因此,在諧波平衡仿真器中,非線性系統在時域中描述,而線性系統在頻域中描述,FFT則是聯繫時域和頻域的一座橋。
諧波平衡分析法是一種混合的頻域∕時域分析技術,將時域和頻域通過FFT結合起來,它將電路狀態變數近似寫成傅立葉級數展開的形式,通常展開項必須取得足夠大,以保證高次諧波對於模擬結果的影響可以忽略不計。諧波平衡法在目前的商用RF軟體中得到了很好的套用,如ADS、AWR、HSpice、Nexxim等都支持HB分析。
諧波平衡仿真是非線性系統分析最常用的分析方法,用於仿真非線性電路中的噪聲、增益壓縮、諧波失真、振盪器寄生、相噪和互調產物,它要比SPICE基仿真器快得多,可以用來對混頻器、振盪器、放大器等進行仿真分析。

對放大器而言,採用諧波平衡法分析的目的就是進行大信號的非線性模擬。通過它可以模擬電路的1dB輸出功率、效率以及IP3等與非線性有關的量。

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