微波非线性理论的现状及发展趋势
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微波移相器的研究引言随着科技的不断发展,微波技术在无线电通信、导航系统、测量技术等领域的应用越来越广泛。
微波移相器作为微波技术中的重要元件,对相位进行精确控制,是实现微波信号处理的关键。
因此,对微波移相器的研究具有重要意义。
本文旨在探讨微波移相器的现状、设计及应用,以期为相关领域的研究提供参考。
研究现状微波移相器的主要作用是控制微波信号的相位。
目前,常见的微波移相器主要包括电阻式移相器、电容式移相器、铁氧体移相器和反射式移相器等。
电阻式移相器具有线性相位响应,但损耗较大;电容式移相器具有较低的损耗,但相位响应非线性;铁氧体移相器具有高的移相量和低的插入损耗,但工作带宽较窄;反射式移相器具有宽带性能,但插入损耗较大。
各种微波移相器均有其优点和局限性,应根据具体应用场景进行选择。
微波移相器的设计设计微波移相器的主要步骤包括建立微波电路模型、模拟电路性能、优化电路参数等。
首先,根据需求建立合适的微波电路模型,包括传输线、电阻、电容、电感等元件。
接着,利用电磁仿真软件对电路性能进行模拟,得到相位响应、插入损耗等性能指标。
最后,根据模拟结果优化电路参数,以实现最佳性能。
微波移相器的应用微波移相器在无线电通信、导航系统、测量技术等领域均有广泛应用。
在无线电通信方面,微波移相器可用于实现相位调制,提高通信系统的抗干扰能力和频带利用率。
在导航系统中,微波移相器可用于产生线性调频信号,提高导航精度和抗干扰能力。
在测量技术领域,微波移相器可用于相位测量和校准,提高测量准确度和稳定性。
结论本文对微波移相器的研究现状、设计及应应用进行了详细阐述。
通过对各种微波移相器的优缺点的比较,以及对其设计步骤和应用的介绍,我们可以看到微波移相器在微波技术中的重要作用。
未来研究方向包括开发新型微波移相器材料和结构,提高移相器的性能和可靠性;拓展微波移相器的应用领域,如毫米波、亚毫米波以及光波段等;同时还需要加强微波移相器在高速信号处理、量子信息等领域的应用研究。
80电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering微波成像是一种典型的电磁逆散射问题,可以结合散射的回波信号提取相关目标的实际特征。
在逆散射研究过程中一般设计三个主要的数学问题,分别为解的唯一性、存在性及稳定性。
一般而言,往往只能针对散射体外部的限定区间实施测量,使得测量的数据完整性较差,同时,由于测量过程中难免受到随机噪声的影响,在一定程度上限制了散射数据的有效性,使其偏离于真实的散射场分布。
除此之外,借助电磁等效原理可以发现,在特定点上,不同的散射体可以激励出一定的散射场,在一定程度上增加了求解的难度。
在逆散射问题中往往设计许多先验信息,可以综合利用算法谱域重建算法和空间域迭代法的形式,让电磁场逆散射问题得到妥善解决。
下文将简要介绍几种具有代表性的微波成像算法。
1 ω-k算法这是一种十分常见的谱域重建算法,相比于以往的合成孔径成像算法,ω-k 算法可以表现为更加突出的精度和计算速度优势,将其应用于均匀散射背景下的成像环境,可以发挥出良好的计算效果。
例如,可以在飞机降落时展开对于不明物体的侦查,并据此展开对于宽测绘带星载SAR 数据的精确化成像处理。
图1为ω-k 算法流程。
(1)需要针对接收信号进行调整,通过相位调整的形式,将频谱移动到基带之中,在此过程中,kcy 都分别代表Y 方向上的数据中心频率。
(2)沿着Y 方向进行一维傅里叶变换。
(3)实施空间移位和插值处理,并将(x 0,y 0)视作目标点的中心坐标。
(4)针对处理完成的信号实施二维傅里叶反变换处理,并将所得的幅度转化为空间分布图像。
(5)按照顺序,针对反变换处理后的矩阵及其中的复数数据元素实施逐个取模处理[1]。
2 局部形状函数算法局部形状函数算法(LSF )是一种十分常见的空间域非线性迭代算法,该方法的应用一般较为充分,可以适用于具有多个不同强散射体的情形,同时,无论是何种形状和规格的散射体都应用此类算法。
论文题目:无形科学-电磁场与微波技术姓名:陈超专业:电子科学与技术指导教师:葛幸申报日期:2012.10.23摘要电子和信息领域内所有重大技术进展几乎都离不开电磁场与微波技术的突破。
在通信、雷达、激光和光纤、遥感、卫星、微电子、高能技术、生物和医疗等高新技术领域中,电磁场与微波技术都起着关键的作用,它的应用领域蕴含在国民经济、国防建设和人民生活的各个方面。
同时,电磁场和微波技术也随着当代物理、数学、技术学科的不断进步而得到日新月异的发展。
关键字:电磁场,微波技术,应用无形的科学——电磁场与微波技术目录1.前言 (2)2.研究方向 (2)3.基本理论与分析方法 (3)3.1 电磁场理论 (3)3.1.1矢量分析 (3)3.1.2静电场 (3)3.1.3恒定电场 (4)3.1.4静磁场 (4)3.1.5时变电磁场 (5)3.2 微波技术理论 (7)3.2.1传输线理论 (7)3.2.2集成传输系统 (9)3.2.3微波谐凯腔 (9)3.2.4微波网络基础 (9)3.2.5微波无源元件 (11)4.发展前景 (12)1. 前言电子和信息领域内所有重大技术进展几乎都离不开电磁场与微波技术的突破。
在通信、雷达、激光和光纤、遥感、卫星、微电子、高能技术、生物和医疗等高新技术领域中,电磁场与微波技术都起着关键的作用,它的应用领域蕴含在国民经济、国防建设和人民生活的各个方面。
同时,电磁场和微波技术也随着当代物理、数学、技术学科的不断进步而得到日新月异的发展。
2. 研究方向1.计算电磁学及其应用:设计、研究、开发高精度、高效率电磁计算算法;研究高效精确电磁计算算法在目标特性、微波成像及遥感、电磁环境预测、天线分析和设计等方面的应用。
2.微波/毫米波电路设计理论与技术:研究有源元器件与电路模型、与微电子、微机械工艺相关的材料器件等模型的建立及参数提取;研究低相噪频率源技术,微波/毫米波单片集成电路设计,基于微机械(MEMS)的微波/毫米波开关、移相器和滤波器设计。
微波化学中微波的热与非热效应研究进展马双忱,姚娟娟,金鑫,崔基伟,马京香(华北电力大学环境科学与工程学院,保定071003)摘要:微波作为一种传输介质和加热能源已广泛应用于各学科领域,如食品加工、药物合成、橡胶和塑料固化等,但是对在反应过程中微波的非热效应学术界一直存在争议。
本文在微观和宏观两方面详细地阐述了微波化学中的热效应和非热效应作用机理,并具体介绍了微波热效应与非热效应在化学领域的应用实例。
关键词:微波;热效应;非热效应;研究进展Research Progress for Thermal and Non-thermal Effects of Microwave Chemistry MA Shuang-chen,Yao Juanjuan,Jin Xin, Cui Jiwei, MA Jing-xiang (College of Environmental Science and Engineering, North China Electric PowerUniversity, Baoding 071003)Abstract:As a transmitted medium and heated energy, microwave has been widely used in various fields, such as food processing, pharmaceutical synthesis, rubber and plastic curing, etc. Research on non-thermal effects of microwave in reaction process is always argued in academic community .This paper discusses the thermal effect and the non-thermal effect of micro and macro-mechanism of microwave chemistry. Besides, the applications of thermal and non-thermal effects of microwave in chemistry fields are introduced.Keywords:microwave;thermal effect;non-thermal effect;research progress;1 前言微波是一种频率范围从0.3~300GHz的电磁波,相应的波长范围为1mm~1m,在电磁波谱中,微波区位于红外线和无线电波频率之间[1]。
深空微波测距测速现状及发展建议徐茂格;施为华【摘要】研究了国外深空测控无线电测距和测速的最新进展,包括欧洲空间局(European Space Agency,ESA)和美国航空航天局(National Aeronautics and SpaceAdmin istration,NASA)的深空测控系统测量精度提升计划。
结合总体单位的x频段试验测试数据,分析了目前我国深空测控系统无线电测距测速现状,从测量设备层面以及空间传输等方面,包括目前深空站采用的超窄带锁相环以及提高到500kHz的测距主音等措施,对测距测速的误差源进行了分析,探讨了测距和测速精度提升的主要制约因素。
结合我国深空测控系统发展规划,给出了后续深空测控无线电测量的发展建议,结合相关课题研究成果,重点分析了多频链路和实时标校技术的可行性及具体效果。
【期刊名称】《深空探测学报》【年(卷),期】2018(5(0)2)【总页数】7页(P140-146)【关键词】深空探测;测控系统;高精度测量【作者】徐茂格;施为华【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都610036;中国西南电子技术研究所,成都610036;【正文语种】中文【中图分类】V443.10 引言深空探测器通常距离地球有数亿,甚至数10亿km距离。
以火星为例,火星与地球的星际距离在5 000万~5亿km之间变化,因此无法使用类似全球定位系统这样的地球轨道卫星导航。
遥远的距离带来的问题同时包括微弱的接收信号,恶化了测距测速精度;以及深空探测器相对于单个地面深空站测量的几何关系变化非常微小,也就是观测几何差,不利于高精度的轨道测量。
为了获得高精度的轨道测量信息,国际上纷纷在无线电测量领域开展了一系列研究,包括将工作频率提高到Ka频段、超窄带锁相环、三相测速和测距、星上伪码再生测距等[1-2],以及开发了双差分单向测距(Delta Differential One way Ranging,△DOR)来提供探测器精确的角位置。
典型半导体器件的高功率微波效应研究典型半导体器件的高功率微波效应研究近年来,随着无线通信技术的迅猛发展,对高功率微波器件的需求也越来越高。
在这个背景下,典型半导体器件的高功率微波效应研究引起了广泛的关注。
本文将着重探讨典型半导体器件在高功率微波环境下的行为和性能。
首先,我们来介绍一下什么是典型半导体器件。
典型半导体器件包括二极管、晶体管、场效应管等。
这些器件都是由半导体材料构成的,并且在电路中起着重要的作用。
在高功率微波环境中,典型半导体器件所受到的能量和压力将显著增加,因此其行为和性能也会发生变化。
在高功率微波环境中,典型半导体器件的第一个重要问题是能量吸收和散热。
当高功率微波信号经过半导体器件时,一部分电磁能量将被器件吸收,而吸收的能量会被转化为热能。
因此,器件的温度会升高,如果温度过高,就会导致器件的损坏甚至失效。
因此,提高典型半导体器件的散热性能成为了研究的重点。
除了能量吸收和散热问题,典型半导体器件在高功率微波环境中还面临着其他问题。
例如,器件的非线性特性会受到电磁场的影响,导致输出信号的失真。
此外,高功率微波信号还会引起器件的非平衡效应,使得器件的电路特性发生变化。
这些都给典型半导体器件的设计和应用带来了很大的挑战。
针对典型半导体器件的这些问题,研究者们采取了多种方法来解决。
一方面,他们通过改进材料的热导率和散热结构,提高器件的散热性能。
另一方面,他们利用器件的非线性特性和非平衡效应,设计出更加适应高功率微波环境的电路结构。
此外,一些新型器件材料的引入和微纳加工技术的应用也为典型半导体器件的高功率微波效应研究带来了新的思路和方法。
总体来说,典型半导体器件的高功率微波效应研究具有重要的理论和应用价值。
通过深入研究器件在高功率微波环境中的行为和性能,可以为半导体器件的设计和应用提供更准确的参考和指导。
此外,对典型半导体器件的高功率微波效应研究还可以为高功率微波技术发展提供技术支持和创新思路。
中国传媒大学电磁场与微波技术专业详细介绍1. 微波与卫星通信方向微波与卫星通信的理论基础涉及微波技术,天线技术,电波传播理论,通信原理,模拟和数字技术理论,是一个非常重要的研究方向。
本的主要研究内容有:Ku 波段雨衰对卫星的模拟信道和数字信道的影响,数字卫星广播系统的性能分析,直播卫星的特性参数,Ka波段卫星通信广播的研究,地面数字微波中继线路,DVB在微波中继系统中的应用,数字微波中继线路的误码分析等等。
本方向培养德、智、体全面发展,具有创新意识和团队精神的微波与卫星通信方面高层次的专门人才。
系统掌握微波与卫星通信的理论和专门知识,能综合运用本专业的基础理论和专门知识,在微波与卫星通信领域独立进行专题研究和解决实际问题。
2.光纤传输与通信技术方向光纤通信是以激光光波作为信号载体,以光纤作为传输媒介的通信方式。
光纤通信技术则是当代通信技术的最新成就,已成为现代通信的基石。
光纤传输技术研究的主要内容有:光纤的传输理论,光纤的损耗、色散、偏振和非线性特性,光纤参数测量方法,光纤有源和无源器件,光纤网络通信技术,光纤通信系统中的多媒体应用。
本方向培养德、智、体全面发展,具有创新意识和团队精神的光纤传输与通信技术方面高层次的专门人才。
系统掌握光纤传输与通信技术理论和专门知识,能综合运用本专业的基础理论和专门知识,在光纤传输与通信技术领域独立进行专题研究和解决实际问题。
3.电磁兼容方向随着现代科学技术的发展和电子电气设备的广泛应用,各种电子设备之间会产生各种干扰,严重时会影响设备的正常工作。
为了确保各种电子电气设备能够正常工作,必须研究电子设备之间的相互干扰情况和在复杂环境下各种设备之间的共存能力。
在电磁兼容的研究中,主要研究内容有:电磁干扰及其抑制技术,电磁兼容分析技术,电磁兼容设计技术,电磁兼容测量技术。
本方向培养德、智、体全面发展,具有创新意识和团队精神的电磁兼容方面高层次的专门人才。
系统掌握电磁兼容理论和专门知识,能综合运用本专业的基础理论和专门知识,在电磁兼容领域独立进行专题研究和解决实际问题。
微波非热效应作用机理1.引言1.1 概述在本文中,我们将探讨微波非热效应的作用机理。
微波是一种电磁波,具有特定的频率和能量。
与传统的加热方式相比,微波非热效应指的是在微波能量的作用下,物质发生的一系列变化和反应,而并非仅仅由于温度上升所导致的变化。
随着科技的进步,微波非热效应引起了广泛的关注和研究。
通过对微波与物质的相互作用进行深入的探究,我们可以揭示微波非热效应的机理,进一步拓展其应用领域。
在本文中,我们将首先介绍微波的基本原理,包括微波的产生和传播方式。
随后,我们将重点讨论微波与物质的相互作用。
微波在物质中传播时会引起分子和电场之间的相互作用,从而导致微波非热效应的出现。
我们将探讨不同类型的物质对微波的响应机制,并分析成因。
在文章的结论部分,我们将总结微波非热效应的作用机理。
这些作用机理包括但不限于物质的结构性变化、化学反应和生物学效应等方面。
通过对微波非热效应的深入了解,我们可以更好地利用微波技术,并应用于各个领域,如食品加工、材料科学和医学等。
1.2文章结构文章结构部分的内容可能如下所示:文章结构部分将阐明本篇文章的组织结构和内容安排,旨在引导读者获得对微波非热效应作用机理的全面了解。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
首先,引言部分将概述微波非热效应作用机理的研究背景和意义,引入读者对该主题的兴趣。
在介绍概述的同时,将简要说明微波非热效应作用机理的相关概念和研究进展,为后续内容的阐述奠定基础。
接下来,正文分为两个主要部分。
第一部分是对微波的基本原理进行介绍和说明。
在此部分,将解释微波的概念、产生方式以及传播特性等基本知识,为后续对微波与物质相互作用进行分析打下基础。
第二部分将重点讨论微波与物质的相互作用,特别是微波对物质非热效应的影响机理。
这一部分将探讨微波与物质之间的相互作用方式、微波对物质分子结构和性质的影响,以及可能的作用机制等。
通过对现有研究成果的综述和分析,将对微波非热效应的作用机理进行深入阐述。
半导体超晶格中负微分电导及其非线性特性的研究共3篇半导体超晶格中负微分电导及其非线性特性的研究1半导体超晶格中负微分电导及其非线性特性的研究半导体超晶格是一种具有特殊晶体结构和性质的形式,其性能比普通半导体更为优异。
在半导体超晶格中,一些特殊的电学现象受到了研究者们的广泛关注。
其中,负微分电导现象引起了极大的兴趣。
负微分电导现象是指在某些材料中,随着电压的加大,电流并不像正常情况下那样增大,反而出现减小的现象。
这种电流随电压下降的现象被称为负微分电导(NDC),是一种负导数现象。
负微分电导的出现为新型电子器件的制备和应用提供了新的思路和可能性。
半导体超晶格材料中负微分电导现象的研究和应用也成为了当前新兴材料研究的热点。
半导体超晶格中的负微分电导现象主要是由其非线性特性引起的。
在正常情况下,电势差和电流之间的关系可以通过欧姆定律来描述,即I=U/R,其中I表示电流,U表示电势差,R表示电阻。
然而在半导体超晶格中,这种关系并不适用。
随着电压加大,电子被加速到高速运动,当电压达到一定程度后,电子将在深度周期结构中被扭曲和折射。
这些被扭曲的电子不仅导致电流的减小,还能够在结构周期内相互干涉,增强量子隧穿效应,造成电阻率的变化。
针对半导体超晶格中负微分电导现象,许多学者进行了大量的研究。
他们通过研究材料的微观结构和表征,以及研究材料的输运特性和非线性关系,加深了人们对半导体超晶格负微分电导现象的理解,为实现其应用提供了新的思路。
除了理论研究外,半导体超晶格负微分电导现象的应用也正在快速发展。
例如,该现象可用于设计新型电荷放大器、微波信号放大器、偏置稳压器件和高性能传感器等。
此外,对于新型太阳能电池和热电器件等光、热转化的能量转换领域也有广泛的应用前景。
这些应用拓展了半导体超晶格负微分电导现象的应用,提高了其应用价值和实用性。
总之,半导体超晶格中负微分电导及其非线性特性的研究,为光、电子学和信息技术领域带来了巨大的贡献。
从光子学角度看太赫兹技术的现状和发展趋势胡小燕【摘要】Terahertz technology is a very promising technology.Terahertz source,terahertz detector and terahertz appli-cation are three key-points in terahertz technology field.The applied demand in terahertz spectroscopy,terahertz ima-ging,and terahertz communication are analyzed;the mechanism and characteristics of terahertz source as well as the main current classification and the common terahertz detectors are also introduced.Based on the developing progress of infrared detectors,developing trends and the probably technique difficulties of terahertz detectors in the future are also analyzed from the view of photonics.%太赫兹技术是当前极具发展潜力的热点技术。
太赫兹源、太赫兹探测器以及太赫兹应用研究是太赫兹技术的三大研究重点。
本文分析了太赫兹技术在光谱探测、成像探测和通讯应用方面的需求情况,介绍了现有主要的太赫兹源产生方法和特点,以及太赫兹探测器的分类和常见太赫兹探测器,并以其相邻谱段红外探测器的发展历程以及太赫兹探测器的发展现状为参照,从光子学的角度分析了太赫兹探测器的发展趋势以及可能面临的技术困难。
微波频率梳-概述说明以及解释1.引言1.1 概述微波频率梳是一种具有重要应用价值的技术工具,它可以提供精确的频率校准与测量。
在现代科学研究和工程技术领域,频率的精确度是非常重要的。
微波频率梳以其高精度、高稳定性和广泛的应用领域而受到了广泛的关注。
微波频率梳的工作原理是基于模式锁定技术,它能够实现高精度的频率测量。
通过将光脉冲和微波辐射进行耦合,利用光学谐振腔的特性形成一系列均匀分布的光脉冲。
这些光脉冲的频率之间有固定的间隔,就像梳齿一样,因此被称为“频率梳”。
微波频率梳在光谱学、精密测量、天文观测等领域都有广泛的应用。
微波频率梳的应用领域非常广泛。
首先,它在光学频率测量中起到了关键作用,可以实现高精度的频率测量,对于光谱学研究和精密测量具有重要意义。
其次,微波频率梳在无线通信技术中也有广泛的应用。
通过精确测量无线电频率和实时校准,可以提高通信系统的稳定性和可靠性。
此外,微波频率梳还可以应用于精密时钟、卫星导航、雷达系统等领域。
微波频率梳的发展和研究进展也非常迅速。
随着科学技术的不断进步,微波频率梳的精度和稳定性也在不断提高。
目前已经出现了多种基于不同原理的微波频率梳,如光学腔频率梳、微波电子学频率梳等。
同时,对于微波频率梳的研究也在不断拓展应用领域,如基于微波频率梳的超分辨光谱技术、频率合成、量子计量等都取得了重要的研究成果。
综上所述,微波频率梳具有重要的应用前景和巨大的发展潜力。
随着技术的不断进步,微波频率梳在科学研究、工程技术和通信等领域将发挥越来越关键的作用。
未来,我们可以期待微波频率梳在更多领域的应用,同时也需要加强对其基础原理的研究,进一步提高其精度和稳定性,为科技进步和社会发展做出更大贡献。
文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分来讨论微波频率梳的相关内容。
在引言部分,我们将对微波频率梳进行概述,介绍其定义、原理以及应用领域,并明确本文的目的。
通过引言部分的阐述,读者将了解到本文所涉及的核心概念和重要性。
微波非线性理论的现状及发展趋势 学院:电子工程学院 专业:电磁场与微波技术 学号:201320000289 报告人:王元佳 日期:2013.10.8 一、 引言 微波有源电路的设计和研制一直是微波技术研究领域中的主要工作人们在设计和研制各种微波有源电路的过程中积累了丰富的经验,并提出了不少成功的方法。但是,直到八十年代初,大部分研究工作和设计方法采用的都是线性电路理论。而实际上,有源器件都存在非线性,传统的线性电路理论很难满足分析和设计现代微波有源电路的要求。微波有源器件的非线性一方面影响整个系统的性能,另一方面有些电路如变频器和振荡器等必须利用器件的非线性才能实现。虽然基于线性假设的小信号线性分析方法可以近似处理部分弱非线性电路,但是不能处理振荡器等强非线性电路,也不能分析放大器的交调特性。现代微波由原电路的设计应采用非线性的电路理论。 一般来说,分析和设计微波有源非线性电路要比分析设计无源线性电路复杂得多,必须借助计算机辅助技术才能实现。自八十年代以来,微波有源电路的非线性理论及其机辅分析和设计技术的研究已经逐渐成为微波技术领域中研究的热门。 微波非线性电路理论研究虽然只有几十年的时间,但是已经极大丰富了已有的微波电路理论,而且有些成果已很快地在微波有源电路的机辅分析和设计中得到应用。美国惠普公司的微波设计系统(HP-MDS)采用的就是八十年代提出的非线性电路分析方法——谐波平衡法,而且根据最新研究成果不断更新版本,1991年以后的HP-MDS已采用改进的谐波平衡法,1993年又推出了了微波非线性电路的噪声分析软件。尽管微波非线性电路理论还不如线性电路理论那样成熟,但已有的研究成果已极大提高了设计和研制微波有源电路特别是单片集成电路的水平。
二、 非线性理论的研究现状
2.1 谐波平衡法(HB) 谐波平衡法是分析单一频率信号激励强或弱非线性电路最为有效的方法,可用于对微波功率放大器、倍频器以及带有本振激励的混频器等的分析。谐波平衡法的基本思想是:找到一组端口电压波形(或者谐波电压分量),它应能使线性子网络方程和非线性子网络方程给出相同的电流。实质就是建立谐波平衡方程,然后采用恰当的方法求解。 图 1 分为线性和非线性子网络的非线性微波、毫米波电路 将图1电路中的N+1,N+2端口的激励源转换为端口1至N的电流源,如图2所示。
图 2 建立谐波平衡方程:
()0SNNGFVIYVjQI
通过优化法、牛顿法、分裂法或反射法求解端口电压向量V,即非线性元件两端的电压波形。
2.2 变换矩阵分析法(大-小信号分析法) 变换矩阵分析法用于分析二频率激励的非线性微波和毫米波电路,其中一个激励信号的幅度非常大,另一个则非常小。用于混频器、调制器、参量放大器、参量上变频器等的分析中。其过程是先分析仅由大信号激励存在时的非线性器件,通常使用谐波平衡法。然后把等效电路中的一个或多个非线性元件变换为小信号、线性、时变元件,再做小信号分析(此时无需再考虑激励的大信号)。如果作小信号线性假设,则要求响应是准线性的。
2.3 广义谐波平衡分析法 对于多频率大信号激励下的强非线性电路这类问题采用广义谐波平衡分析方法。它的分析方法基本和HB分析法一样,但是需要作如下两点修正: HB ωk=nωp, n=1,2,3,… 广义HB ωk=mωp1+nωp2, m,n=0,±1,±2,±3,… N+1和N+2端口的激励电压向量:
HB 11220TNbsbNVVVVVLL,,0,,
广义HB 1112220TNbssbNVVVVVVLL,,,0,, 建立谐波平衡方程,采用优化法、牛顿法和分裂法求解。 2.4 幂级数和Volterra级数分析法 幂级数和Volterra级数分析法适用于电路是弱非线性电路和多激励的非公度的小信号电路。在这类电路中,非线性非常微弱,但非线性现象(如交调畸变)可以影响系统的工作。Volterra级数分析就是将电路中的无记忆非线性元件和频率敏感元件混合等效为弱非线性电路,输入输出都转化为级数形式。
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sqqQstVe
12121212,,,111122qnn
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nsqqnsqsqsq
nqQnqQqQqQjtnqqqwtaVHeVVVHe
L
LL
gL,, 幂级数就是Volterra级数的特殊情况,要求电路仅包含理想非记忆转移非线性元件。 Hn(ωq1,ωq2,…,ωqn)=an*H(ωq1)H(ωq2)…H(ωqn)。此时非线性转移函数等于各线性函数的乘积。
三、 非线性研究理论的发展
3.1 DFT HB 对线性子电路进行频域分析, 对非线性子电路进行时域分析,并通过多维DFT和多维逆DFT将两者结合起来。设有np个非线性元件, n个控制变量,P 个独立的正弦激励信号, 稳态时电路中存在的角频率可统一表示为
1.pTiiikwkw 其中k=(k1,k2,…,kp),ki=0,±1, ±2,…,w=(w1,w2,…,wp),w1,w2,…,wp为p个独立的正弦激励信号的角频率, 每一组 (w1,w2,…,wp)对应一个角频率,包括激励频率的基波、谐波和它们的交调波频率。通常只考虑有限个正频率, 若考虑S个正频率, 并按一定顺序排列, 可用表示其中的第k个频率(其中Ω0为直流) , 则电路中的任何一个变量a(t)可表示是a(t)在角频率Ωk的复振幅。对单频激励(P=1),上式是一个标准的截断傅立叶级数, 对多频激励(P > 1),上式一个截断的多维傅立叶级数。稳态时,电路中的任何变量既可在时域表示为a(t),也可等效地在频域表示为Ak(0,1,2,…,S)。若定控制变量x(t),则可出各非线性元件, 也就是非线性电路的时域响应。为了得到电路的稳态解, 必须同时考虑线性子电路。为此, 须确定非线性子电路的频域响应, 也就是求出i(r) 和v(r)的频域表示Ik和Vk(0,1,2,L,S),上式知对单频激励, 这是一个简单的一维DFT ,而对多频激励, 是一个多维DFT。
3.2 频域延拓交调波平衡法 频域延拓交调波平衡法(PDCIBM)是在VSM HB 和同伦延拓原理基础上提出的不同于多维DFT HB 的一种通用的微波非线性电路分析方法FDCIBM 与多维DFT HB的主要不同点是FDCIB M 在频域分析线性和非线性子电路, 是一种频域方法, 而多维DFT HB频域分析线性子电路,在时域分析非线性子电路, 是一种混合域方法;PDCIBM 通过一个复矩阵卷积算子来确定各种非线性元件激励响应的频域关系, 而多维DFT HB采用多维DFT和多维逆DFT 来确定非线性元件激励响应的频域关系,PDCIBM要求各非线性元件用幂级数表示, 而多维DFT HB则无此要求它们也有相同点: 1、均要把电路分成线性和非线性子电路两部分 2、均采用数值迭代技术求解电路的平衡方程 因此都是精确的迭代方法,作为通用的非线性电路分析方法, 它们都可以分析各种稳态微波非线性电路PDCIBM是在VSM 和HB的基础上提出的, 但它优于VSM ,可以处于大信号非线性电路;它也优于HB,可以处理多频激励问题。在HB和多维DFT HB中采用的各种非线性方程组求解方法均可用于FDCIBM中。
3.3 信号流图分析法 信号流图法(Signal Flow Graph)是S.J.Mason 提出的分析线性系统的有效方法,以他名字命名的Mason公式在系统分析、自动控制等领域得到了广泛应用。描写线性电阻电路的数学模型是线性代数方程组,描写非线性电阻电路的数学模型是非线性代数方程组。而信号流图是线性代数方程组的图解方法。因此,要将信号流图推广于非线性电阻电路,必须克服的障碍是如何将非线性电阻电路转化为线性电阻电路。非线性电阻电路的非线性是由电路中的非线性元件引起的,因此,信号流图法就是将非线性元件线性化。线性电阻电路的分段线性化模型是线性电路,因此很容易建立分段线性化电路的节点电压方程。节点电压方程是以节点电压为变量的线性代数方程,因此很容易获得它对应的信号流图,进而利用Mason公式可以求解分段线性电路的解。
3.4 新波形平衡法 波形平衡法是非线性电路分析的一种混和域的分析方法,它与谐波平衡法的不同之处在于其电流平衡方程建立在时域而非频域之中。 不论是哪种形式的波形平衡法和谐波平衡法,它们采取的都是离散形式的数字信号处理的方法,所建立的电流平衡方程都是离散形式的方程组,因而在对多频激励非线性电路的分析中,就不可避免地会遇到准周期信号难以进行时频域变换的困难。新波形平衡法,以电路的电压相量为待求变量,利用线性网络的线性叠加特性,直接推导出了以时间为参考变量的解析的电路平衡方程。分析过程中电路信号全部以连续的形式出现,从而避免了对准周期信号进行离散时频域变换。
四、 总结与展望 以上介绍了微波非线性电路理论分析的现状及发展趋势。微波非线性电路理论的研究仍然处于探索中,每种方法都只适用于特定的电路中。对电路的瞬态行为进行分析,只能采用时域积分法,但在信息的一个周期内通常需要成千上万个时间采样点,且时域积分法难以处理微波分布有耗元件。幂级数法和Volterra级数法主要用于弱的非线性电路分析。对于强非线性电路,谐波平衡法能有效处理单个大信号激励的情况,多维傅里叶谐波平衡法可以处理多个大信