实验七、谐波平衡法仿真概 述本练习将继续进行1.9G放大器（amp_1900)的设计和给出谐波平衡仿真器的基本知识，谐波平衡仿真能分析频谱、压缩输出功率，计算TOI和其它一些非线性测量任 务l 建立并运行一个基频谐波平衡仿真l 建立并运行一个双频谐波平衡仿真l 应用仿真和源控制的变量l 测试增益，压缩功率输出，资用功率，噪声系数，三阶交调（IP3 )和其它一些特性l 在谐波平衡(HB)数据中运用ts（时间序列）变换l 方程式、平面曲线和MIX表格的操作目 录1. 建立一个具有P＿1基频源的电路………………………………………1162. 建立一个单音（one-tone)谐波平衡仿真…………………………………1163. 对Vout以dBm为单位写一个测量方程式并仿真………………………1164. 对频谱、方程和节点电压的ts（时间序列）作图………………………1175. 运用函数和索引对Vout和Mix进行操作………………………………1186. 对传递功率和Zin进行仿真…………………………………………… 1207. 运用XDB仿真器对增益压缩进行测试…………………………………1218. 对扫描的功率的压缩状况进行仿真…………………………………… 1229. 对不同的增益、功率和线性方程作图……………………………………12410. 带变量的双音（two-tone）谐波平衡仿真………………………………12511. 运用方程获取和控制谐波平衡数据…………………………………… 12612. 对IP3或TOI (3阶交截点）仿真…………………………………………12713. 选作一针对TOI测量作RF功率扫描……………………………………128步 骤1．建立一个具有P-I基频源的电路 a．如果文件system_prj仍然打开，就关掉它。
然后，打开任务amp_1900和原理图s_finalb．用一个新名称：hb_basic保存原理图s_final删除所有仿真测量组件及输入端口(Term)如下图一样开始建立设置 c．为RF输入端插入一个P_1 Tone（从source_Freq Domain面板调入） d．如图示输入4个pin labels（node names节点名）：Vin，Vout，VC和 VB，这样电压在数据组（dataset）中是可用的e．如图设置RF源：Freq（频率）=1 900MHz，同时，去掉极性（Polar）函数，只剩dbm_to_watts函数：P=dbmtow（- 40）同时将源的名称转换为RF_source端口数被定义为Num=12.建立一个单音谐波平衡仿真a．进入Simulation-HB面板并如下图在原理图上放入谐波平衡仿真控制器b．在屏幕上进行频率设置：改变频率为Freq[l]=1900MHz，使其与P_lTone源的频率相匹配3.对Vout以dBm of Vout）写一个测量方程式并仿真a．从仿真面板中，在原理图上插入一个测量方程（measurement equation）b．写一个方程式，计算在Vout点的输出功率 用dBm表示：dbm_out=dBm(Vout［1］),方括号[1］中的数字指的是在分析中计算频率的索引值。
当Order=3时，索引值表示为：index[0]是直流，index[l]是1900MHz，index[2]是二次谐波即3800MHzindex[3]是指三次谐波因此，方程式应只表示以dBm表示的1900MHz的输出功率c．仿真—现在应该没有任何警告和错误信息d．改变谐波平衡控制器的频率为：Freq[1]=1800MHz现在，再次仿真，并阅读错误信息—源的频率与谐波平衡器频率1800MHz相差100MHz当源频率与控制器频率不同时，就会出现这种常见的错误e．重新设置谐波平衡控制器频率，改为：Freq[1]=1900MHz并再次仿真4.对频谱、方程和节点电压的ts（时间序列）作图a．在数据显示中，对Vout(dBm)作图同时，插入一个dbm_out列表无论你何时写入一个测量方程，该列表都将出现在数据组中这两个值应该与下图所示相同b．把一个Marker（标记）放在基频上，并验证你的放大器在1.9GHz频率点上当输出功率dBm=-4.876时，是否有大约35dB的增益结果的备注：若在仿真控制器中将Order设为3，你将得到3个频率：一个基波和两个谐波DC成分也总是出现在图中，因为谐波平衡法总是要计算DC的收敛。
c．插入一个stacked矩形图并插入两个数据轨迹作为时域信号：Vin和Vout ts（时间序列）函数作用于谐波平衡法并将结果转换到时域在这个例子中，你将发现放大器并不是如你希望的那样转换信号在下图中这两个信号被分离成两个图如图示把Maker放在同一时间点d．在轨迹图中（如图）直接把Vout改为VC，Vin改为VB来编辑y轴标识现在就能看到反相了这就说明匹配网络对相位有着很大的影响5.运用函数和索引对vout和mix进行操作a．如图所示插入一Mix和Vout的列表不管谐波仿真何时运行，在数据组中就会产生一个Mix表格（索引值）注意到除非你是用的是dB, dBm,等单位，否则Vout是一个复数（幅度和角度）在下面的步骤中，你将学会在Mix表格里怎样列方程以显示或对一个特定的频率进行操作与方程式不管是在多音还是混频发生的情况下，这都特别有用b．编辑列表并加入Vin通过双击列表，进入“Plot Traces & Attributes”对话框点击“Advanced”按钮过输入dBm函数，编辑Vin：dBm(Vin），然后点OK请注意不论你何时变量信息或函数帮助按钮都会出现c．现在你的列表中应包含原理图的方程dBm_out和表达式dBm(Vin)（对所有的频率）。
现在，通过键入在Vin自变量中的索引值[1]来编辑dBm(Vin)数据（如图所示）现在就得到在索引频率或1900MHz下的Vin的值d．在dBm_out方程式中输入[1]——它会变为无效，因为在原理图中它是以{1}的格式被索引的e．从无效的dBm_out方程中去掉[1]，这使得dBm_out方程再次有效f．如下图所示，将光标插入dBm(Vin[1］）表达式并键入逗号”，”和50，如图所示dBm函数中第二个自变量是Zin如果自变量没有给出，默认值就是50Ω，因此不需要任何改变去掉“，”和“50”，即“，50”，再读一次dBm（Vin[1]）的值关于设计中dBm函数和Zin的备注：dBm函数是将电压值转化为dBm表示在假定50Ω阻抗的前提下）但是，如果Zin并不是50Ω，则Vin的功率可能不正确因此，想正确使用的Zin值，参看下面的步骤6．对传输功率和Zin进行仿真 a．在hb_basic设计中，从Probe Compenents面板中调出一个电流指示器（current probe），改变实例名为I_in,你将会在一个方程中用到它b．仿真完后，运用I_in为平均传输功率写一个数据显示方程。
注意：0.5表示峰值的平均值conj函数将复数电流转换为它的共扼形式因为V&I一定在相位中有耗散功率，将电压转换为dBm后再加30(相当于除以0.001）c．如图，运用在1900MHz处的Vin和I_in另写一个方程式计算Zin然后，插入一个Z-in方程列表注意到复数阻抗并不是50d．编辑你前面的dBm(vin[1］）的列表并删除dbm_out,加入方程式P_del_dBm.同时加入另一条Vin轨迹，并编辑轨迹表达式为：dBm(Vin[1],Z_in)现在，你有三种方式计算和比较输入功率了请注意其中有两个值是相同的7．运用XDB仿真器对增益压缩进行测试XDB仿真控制器是一个谐波平衡仿真中专门用于增益压缩的仿真器 a．保存你目前所有工作：原理图和数据显示器，以一个新名称hb_compression保存原理图然后，关闭hb basic数据显示b．在新的原理图中，禁用(deactivate）HB1控制器c．进入simulation_XDB面板并在原理图中插入XDB控制器在屏幕上编辑控制器，使得Freq[1]和GC输入／输出频率都是1.9GHz,如右图参数GC_xdB=1表示测试的是1dB压缩。
如果你想考察3或6dB压缩，改变值就可以了d．在Simulation Setup中，改变数据组名为hb_xdb,然后仿真e．当数据显示打开后，调入inpwr和outpwr的列表通过直接在数据后加入一个[1]来编辑列表（如图所示）如果希望有标题，也可以如图加入标题你刚才运行1dB增益压缩测试只用了几秒钟，这是因为放大器偏置非常高1dB压缩点大约在输入功率为一29dBm处后面步骤中，你将改变原理图和设置一个谐波平衡功率扫描—这是测试压缩的另一个方法8．用功率扫描对压缩状况进行仿真a．禁用XDB，激活HB控制器b．插入一个VAR的变量方程，RF_pwr= -40c．设置RIF源的功率变量为：P=dbmtow(Rf_pwr) d．编辑谐波平衡（HB）控制器，在扫描（sweep）这一栏，设置RF_pwr扫描从-50到-20，步长为1，如图所示e．进入Display这一栏并设置SweepVar,它的值将在HB控制器元件上显示（如上图所示）f．改变数据组名为：hb_comp并仿真当数据显示打开时，选择NO来改变数据组——这将使得XDB数据作为默认数据组有效现在，你应能准确地画出hb_comp数据——这是一个普通的练习。
g．插入一平面图并选择hb_comp数据组，然后画出原理图测量方程式dbm_ out.在轨迹上插入一个Marker插入点是 RF_pwr的值靠近XDB inpwr值：-31的地方正如你看到的，两个值很接近但不同，这是因为扫描方法不同——XDB仿真通常用更紧密间隔的数值扫描9．对不同的增益、功率和线性方程作图 a.用dbm_out测量方程式写一个dB_gain方程从dBm_out减去线性化的输入RF_pwr, 得到的结果是在所有RF输入功率值的增益的值b．编辑dBm_out图并加入dB_gain方程——Y轴刻度将自动调整你可以加入Markers比较（在同一RF功率下）两者的值（如图所示）c．为画出dB_gain与输出功率之间的关系曲线，插入一新的平面图，加入dB_gain方程并点击AddVs.然后，选择hb_comp数据组和X轴的独立变量：dBm_out并点击OK,如图增益有明显下落用Marker读出其数值d．再写一个方程式，用line生成一条线性直线(extrapolated data推断数据），这代表没有压 缩的理想输出功率对每个点的RF功率，在第一个数据点[0]加入没有压缩的增益，你将得到理想增益或直线。
c．插入一个dBm_out的新图（用hb_comp的数据）同时加入Line直线明显可以看出放大器与线性输出功率直线偏离f．保存所有的作业10.带变量的双音谐波平衡仿真在下面几个步骤中，我们将看到在仿真控制中更多地用到变量这对于在以后几个实验中，复杂电路的化简和计算是很重要的，同时，对于使用了该仿真控制的ADS范例也是很重要的。