谐波平衡法

谐波的处理方法(一)谐波的处理谐波是一个重要的音频信号处理概念，它在音乐、声音设计和音频工程中扮演着重要的角色。

本文将介绍一些常见的处理谐波的方法，包括谐波增强、谐波抑制和谐波修饰。

谐波增强谐波增强是一种使音频信号中谐波成分增加的方法。

这种方法可以使音频听起来更加饱满、丰富和生动。

下面是一些常见的谐波增强技术：•音频合成器：使用合成器生成谐波波形，并将其与原始信号混合。

这种方法常用于音乐制作和声音设计领域。

•EQ（均衡器）：通过增强谐波频段的增益来增加谐波成分。

这可以通过提高低频和高频区域的增益来实现，以突出低音和高音的谐波。

•压缩：使用压缩器调控动态范围，增强谐波的能量。

压缩能够让弱音部分更加清晰，让响亮部分更加饱满，从而改善谐波的表现。

•音频效果器：包括失真效果器、过载效果器等，可以通过添加谐波失真来增强音频信号的谐波成分。

谐波抑制在某些情况下，我们可能需要抑制音频信号中的谐波成分。

以下是一些常见的谐波抑制技术：•消除器：使用消除器来取消特定谐波频率的能量。

消除器可以根据输入音频的频谱信息，产生反相信号以抵消谐波，从而减少谐波的影响。

•降噪滤波器：通过设置滤波器来削弱高频谐波成分。

这种方法常用于音频修复和降噪领域，有助于减少噪音和谐波带来的干扰。

•相位反转：通过反转某些频率范围内的相位来削弱谐波成分。

这种方法需要精确的相位调整，通常在实验性的音频处理中使用。

谐波修饰有时候，我们希望改变音频信号中谐波的特性，以达到特定的声音效果。

以下是一些常用的谐波修饰技术：•音调修饰：改变音频信号的音高以改变谐波的频率比例。

这可以通过音高转调、合成和采样率转换等方法实现。

•谐波平衡：通过调整谐波频率的比例和幅度，使声音更加平衡和和谐。

这通常需要精细的音频处理和混音技巧。

•动态谐波：通过应用动态效果（如自动化控制、音量过渡等）来改变音频信号中谐波的特性。

这种方法可以使谐波的出现和强度随时间变化。

在音乐制作、声音设计和音频工程中，正确处理谐波是非常重要的。

谐波平衡法仿真设计一、摘要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。

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。

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。

二、正文2.1 实验综述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。

（1）确定电流或电压的频谱成分；（2）计算参数，如：三阶截取点，总谐波失真及交调失真分量；（3）执行电源放大器负载激励回路分析；（4）执行非线性噪声分析。

2.2实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）2.2.1构建电路（1）打开上一章的仿真原理图s_final。

（2）用一个新名称HB_basic保存原理图，删除所有仿真测量组件及输入端口(Term)。

（3）在“source_Freq Domain”元件面板列表中选择P_1 Tone控件，插入输入端；（4）在图中标注Vin，Vout，VC和VB四个节点；（5）修改P_1Tone源参数，同时命名为RF_source，如图2. 1所示：Freq=1.9 GHzZ=50 OhmP= dbmtow（-40）Num=1图2.1 RF源设置2.2.2设置仿真参数（1）选择“Simulation-HB”类元件面板，在原理图上放置谐波平衡仿真控制器，如图2.2所示；（2）修改参数Freq[l]=1.9GHz基波频率为1.9GHzOrder[1]=3谐波次数为3图2.2 谐波平衡仿真控制器2.2.3设定测量方程式（1）在“Simulation-HB”元件面板列表中选择测量方程控件，放置到原理图中。

变系数谐波平衡法英文简写The phase shifting method for harmonic balance assumes that the phase-shifted harmonics retain the same amplitude as the original harmonics. However, in some cases, the amplitude of the harmonics may be a function of the frequency. To account for this, the variable coefficient harmonic balance method is used. In this method, the amplitude of each harmonic is assumed to be a function of the frequency, and the phase relationships between the harmonics are determined by using the equations that describe the system. The variable coefficient harmonic balance method is particularly useful for systems that have nonlinearities in the amplitude-frequency response, such as those containing resonant circuits or devices with saturation. This method allows the accurate prediction of the steady-state response of the system, including the amplitude and phase of each harmonic. Additionally, the variable coefficient harmonic balance method can be used to investigate the stability of the system by determining the eigenvalues of the linearized system near the operating point. Overall, the variable coefficient harmonic balance method is a powerful computational technique that enablesthe analysis and design of nonlinear systems in the frequency domain.变系数谐波平衡法是一种用于解决谐波平衡问题的方法，通过考虑谐波的幅度与频率之间的关系，解决了谐波相位平衡方法中幅度不固定的问题。

ADS中HARMONIC BALANCE学习-1第⼀章：引⾔谐波平衡分析法是⼀种⽤于获取⾮线性电路和系统的稳态相应解的⾼精度频域分析⽅法。

谐波平衡分析法假设了系统的输⼊信号是由⼀些稳态正弦信号组成。

因此，系统的响应解也应该是由稳态正弦信号叠加⽽成，这些成分包含了输⼊信号的频谱以及任何谐波分量的混合。

谐波平衡分析法纵观在谐波平衡分析法中，⽬标是计算⼀个⾮线性电路的稳态解。

在仿真过程中，表⽰电路的是⼀个由N个⾮线性常微分⽅程表⽰的系统，N代表电路的尺⼨（节点数⽬和⽀路电流）。

源和解的波形（所有的节点电压和⽀路电流）均由截断的傅⽴叶序列表⽰。

因此，⼀个成功的仿真会⽣成解答的波形傅⽴叶系数。

单⼀输⼊信号的电路需要⼀个单⼀频率的谐波平衡仿真器，其解的波形（例如节点电压）可以近似由下式表⽰：v(t)=real( sum(k)（vk*exp(j*2*pi*k*f*t)） )其中的f是输⼊信号的基础频率（基频），系数Vk是由谐波平衡分析计算得到的复傅⽴叶序列的系数，K是截断级（也就是谐波的数量），称为Order。

含有多个频率成分的输⼊信号激励的电路需要⼀个多基频的仿真。

这种情况下，稳态解的波形可以近似由下⾯截断的多维傅⽴叶序列表⽰：v(t)=real(sum(k1)sum(k2)sum(k3)....vk*exp(j*pi*(k1*f1+k2*f2.....+kn*fn)t))其中的n是源的数⽬，f1～fn是每⼀个源的频率（基频），k1～kn是每⼀个基频产⽣的谐波数。

对于解的波形的截断傅⽴叶表⽰法将N个⾮线性微分⽅程的体系转换到了频域中⼀个N*M个⾮线性代数⽅程的体系，M是所有需要考虑的频率总数，包含了基频、谐波和混合分量。

解这个⾮线性代数⽅程就能够得到傅⽴叶系数，解法成为⽜顿法。

这种⽅法是HB仿真器的外部解算器。

⽜顿法能够成功地由初始猜想出发迭代到达最终的解。

⾮线性代数⽅程系统在频域中代表了基尔霍夫电流定律。

基于谐波平衡法的射频功率放大器分析与仿真作者：闫博,刘希顺,刘安芝来源：《现代电子技术》2010年第09期摘要:随着射频频段的不断提高,功率放大器表现的非线性现象越来越严重。

为了实现在大功率作用下快速方便地分析和设计射频电路,介绍一种射频功率放大器的分析与仿真方法:谐波平衡法。

在ADS2002仿真环境下,利用谐波平衡法对一种LDMOS器件的非线性参数进行了单音和双音频率下的仿真,通过对仿真结果的分析,突出显示了在大功率作用下,谐波平衡法在设计与研发射频电路方面的优势。

关键词:谐波平衡法; 射频功率放大器; 非线性分析; ADS仿真中图分类号:TN911 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)09-0063-04Analysis and Simulation of RF Power Amplifier Based on Harmonic Balance MethodYAN Bo, LIU Xi-shun, LIU An-zhi(National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)Abstract: In view of the continuous improvement of radio frequency band, nonlinear phenomena of power amplifier is more and more serious. Analysis and simulation method of RF power amplifier named harmonic balance method is introduced for achieving the analysis and design of RF circuit in a high power. In ADS2002 simulation environment, a non-linear parameter of LDMOS device is simulated in the mono and two-tone frequency with a harmonic balance method. Through the analysis of simulation results, the harmonic balance method has advantages in the design and development of -power.Key words:harmonic balance method; RF power amplifier; nonlinear analysis; ADS simulation0 引言近年来,随着无线通信业务的快速发展,通信频段已经越来越拥挤。

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●建立并运行一个基频谐波平衡仿真。

●建立并运行一个双频谐波平衡仿真。

●应用仿真和源控制的变量。

●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。

●在谐波平衡(HB)数据中运用ts（时间序列）变换。

●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 (116)2.建立一个单音（one-tone)谐波平衡仿真 (116)3.对Vout以dBm为单位写一个测量方程式并仿真 (116)4.对频谱、方程和节点电压的ts（时间序列）作图 (117)5.运用函数和索引对Vout和Mix进行操作 (118)6.对传递功率和Zin进行仿真 (120)7.运用XDB仿真器对增益压缩进行测试 (121)8.对扫描的功率的压缩状况进行仿真 (122)9.对不同的增益、功率和线性方程作图 (124)10.带变量的双音（two-tone）谐波平衡仿真 (125)11.运用方程获取和控制谐波平衡数据 (126)12.对IP3或TOI (3阶交截点）仿真 (127)13.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_final。

b．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。