CN113553700A - 用于微波功率晶体管建模的温度相关x参数模型构建方法 - Google Patents

用于微波功率晶体管建模的温度相关x参数模型构建方法 Download PDF

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CN113553700A CN202110752492.XA CN202110752492A CN113553700A CN 113553700 A CN113553700 A CN 113553700A CN 202110752492 A CN202110752492 A CN 202110752492A CN 113553700 A CN113553700 A CN 113553700A
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Abstract

本发明属于模型构建技术领域，公开了一种用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，利用NVNA测量不同环境温度下的X参数，生成XNP文件；导出XNP文件至计算机并打开；修改XNP文件内容，保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。本发明通过建立温度相关X参数行为模型，为微波功放电路系统测量、建模和仿真的发展打下基础。

Description

用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法
技术领域
本发明属于模型构建技术领域，尤其涉及一种用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法。
背景技术
目前，场效应晶体管的功率性能会随着温度的升高而降低。其主要原因是：随着温度的升高，半导体内部的电子迁移率(μe)和饱和速率(vsat)均会降低，因此导致器件电流密度降低，从而降低器件的最大输出功率。目前对器件性能的热效应建模的困难在于，μe或vsat的下降速率并不是随温度变化的线性函数。对于测量X参数的NVNA仪器来说，温度的变化也同样会引起X参数测量结果的变化。如何在仅有二端口的X参数模型中加入温度变量，让温度变量能在X参数模型中得以表征，这是一个仍然未解决的问题。
传统的X模型是在PHD(多谐波失真)模型的基础上拓展而来的行为模型，X参数模型可以通过测量各端口入射波和反射波对应关系建立，主要可以描述非线性网络各端口频率分量之间的幅度和相位关系。X参数模型被认为是超S参数，有着很大的应用潜力，其本身的问题在于模型本身并不对应某一种具体物理意义，测量平台难以广泛推广等。
X参数的表达式如下：
Figure BDA0003145355610000011
公式(1)描述的是大信号A11和所有小信号作用得到散射波Bef的函数，其具体的含义大致如下。
第一项
Figure BDA0003145355610000012
表示零相位正弦大信号A11输入激励产生的输出信息，同时将自身大信号转变成其他端口的幅度以及相位信息。因为大信号A11转换到其他端口时，频率发生了变化，Pf就代表了这种频率的变换关系，即就是旋转因子。
Figure BDA0003145355610000021
是输入激励大信号A11的幅值的函数，所以X参数会随着|A11|的改变而发生变化。
第二项
Figure BDA0003145355610000022
及第三项
Figure BDA0003145355610000023
分别表示小信号输入在大信号激励A11不发生变化时对输出所造成的影响。大功率的输入信号会导致系统产生非线性，此时输出中会存在基波及其谐波分量，由于小信号的输入会与存在的谐波分量发生混频，产生新的频率分量。
综上所述，
Figure BDA0003145355610000024
属于大信号影响项，主要表示非线性系统的谐波产生原因，
Figure BDA0003145355610000025
和
Figure BDA0003145355610000026
属于小信号影响项，表示了输出的基波与谐波产生的频率偏移。其中
Figure BDA0003145355610000027
和
Figure BDA0003145355610000028
描述输入信号及其共轭与输出的转换关系，即表示输入谐波次数h和-h到输出谐波次数f的传递关系。因此
Figure BDA0003145355610000029
描述了正频率或者负频率之间的耦合，
Figure BDA00031453556100000210
则描述了正频率交叉到负频率之间的交叉耦合。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术存在对于NVNA测量得到的X参数无法与温度、栅极偏压、漏极偏压建立关联的问题。
(2)X参数模型被认为是超S参数，有着很大的应用潜力，其本身的问题在于模型本身并不对应某一种具体物理意义，测量平台难以广泛推广等。
(3)如何在仅有二端口的X参数模型中加入温度变量，让温度变量能在X参数模型中得以表征，是一个国内仍然未解决的问题。
解决以上问题及缺陷的难度为：
(1)相关仪器的缺乏：当功率放大电路所处的环境温度发生变化时，会直接影响其输出增益和谐波功率。在利用NVNA仪器实际测量功放电路的X参数领域，目前国内尚未有仪器能与NVNA搭配，致使测量的X参数无法与温度变量直接相关联。
(2)变量信息的易失：测量功放电路得到的X参数模型是一个二端口模型，只有“input”和“output”两个端口。如果不对文件名加以备注，该功放电路测量时所处的环境温度、栅压、漏压等变量信息非常容易丢失，并且无法通过X参数文件找回。丢失变量信息后的二端口X参数模型成为了一个未知的“黑箱”，彻底失去了利用价值。
(3)模型运用的不便：生成的二端口X参数模型将会在ADS中被读取。在利用NVNA实际测量中，该仪器只会提供输入功率的扫描和频率的扫描。而对于更换栅压、漏压、温度等测量条件时却无能为力。在利用ADS读取NVNA生成的X参数文件时，无论怎么变化仿真栅压、仿真漏压、仿真温度，其仿真结果没有任何变化。这对于大信号建模是十分不利的。
解决以上问题及缺陷的意义为：解决了对于NVNA测量得到的二端口X参数无法与温度、栅极偏压、漏极偏压建立关联的问题。实现了在X参数中添加其他任意变量值，ADS均可以成功进行表征。利用添加变量和数据合并的方法建立的全新五参数温度相关X参数模型，可以包含在不同仿真频率、不同输入功率、不同栅极偏压、不同漏极偏压、不同环境温度下的X参数，可以对功放在不同环境温度下的输出性能进行表征。成功的将基于NVNA测量的X参数模型与ADS仿真预测建立关联，建立“基于测量”的温度相关X参数行为模型。为功放电路大信号建模的进一步发展打下基础。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法。
本发明是这样实现的，一种用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，所述用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法包括以下步骤：
步骤一，利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注。其作用是避免信息丢失，便于后期整理；
步骤二，导出XNP文件至计算机，分别以“.txt”格式打开；
步骤三，在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改。其作用是加入变量后的文件需要顺利被ADS电路读取而确保不会出现语法错误或生成错误的模型数据；
步骤四，将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型。其作用是利用ADS自身强大的X参数仿真功能将新添加的变量与原有变量数据进行整合，减轻了人工负担，全新的三端口温度相关X参数模型就此产生；
步骤五，将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改。其作用是将文件内容修改为对不同温度下测量结果进行扫描的格式，是在ADS仿真中能顺利改变温度变量值而不出现语法错误从而能表征输出特性的关键一步；
步骤六，通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益。其作用是当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；
步骤七，利用电路图为三端口X参数模型添加栅压(Vgs)、漏压(Vds)两个变量，最终将NVNA测量得到的原始二端口网络扩充为五端口网络。其作用是变量变多意味着能存储的数据量变大，该五端口模型表征信息的种类会更多，信息量更庞大。可以包含在不同仿真频率、不同输入功率、不同栅极偏压、不同漏极偏压、不同环境温度下的X参数，更加完善了对功放在不同环境温度下输出性能的表征；
步骤八，利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。其作用是通过对输出结果的分析和比较从而验证该模型的准确性，以证明此建模方法步骤上的正确性；
进一步，步骤一中，此时X参数数据无法与环境温度建立关联。
进一步，步骤三中，所述XNP文件编号中，“VDC_3(real)”后面的赋值表示测量时的环境温度，需每次修改。
进一步，步骤四中，每个环境温度测得的数据均生成一个新的三端口模型数据文件。
进一步，步骤五中，“AN_1_1(real)”后面的赋值表示输入的功率值，单位为瓦(W)。
在合并XNP文件数据时，每组数据与前后组的连贯性，扫描的温度值从小到大排列，且扫描温度时其他变量值是固定的，不能突变或间断，否者会导致模型的表征性能失效。
进一步，步骤七中，最终生成的五参数模型，包括VDC_3、VDC_4、VDC_5依次对应温度、栅压、漏压，依次排列；VDC_5先从最小值变到最大值，VDC_4再从最小值变到最大值，VDC_3最后从最小值变到最大值；如果步长设置较小，数据量将十分庞大。一组能灵活反映不同仿真频率、不同输入功率、不同栅压、不同漏压、不同温度下的五参数X参数最小模型，需要16组X参数测量数据。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建系统，所述用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建系统包括：
XNP文件生成模块，用于利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；
XNP文件导出模块，用于导出XNP文件至计算机，并以“.txt”格式打开；
文件内容修改模块，用于在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；
三端口模型构建模块，用于将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
XNP文件合并模块，用于将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；
ADS仿真模块，用于通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；
五端口网络构建模块，用于利用电路图为三端口X参数模型添加栅压、漏压两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；
X参数模型表征模块，用于利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；导出XNP文件至计算机，分别以“.txt”格式打开；在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；利用电路图为三端口X参数模型添加栅压、漏压两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；导出XNP文件至计算机，分别以“.txt”格式打开；在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；利用电路图为三端口X参数模型添加栅压、漏压两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建系统。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，解决了对于NVNA测量得到的X参数无法与温度、栅极偏压、漏极偏压建立关联的问题。利用此方法，可以在X参数中添加其他任意变量值，ADS均可以成功进行表征；利用添加变量和数据合并的方法建立的全新五参数温度相关X参数模型，可以包含在不同仿真频率、不同输入功率、不同栅极偏压、不同漏极偏压、不同环境温度下的X参数，可以对功放在不同环境温度下的输出性能进行表征；输出的基频、二次和三次谐波、功率增益，相较于最常用的紧凑模型电路仿真相差很小，成功的将基于NVNA测量的X参数模型与ADS仿真预测建立关联，建立“基于测量”的温度相关X参数行为模型，为微波功放电路系统测量、建模和仿真的进一步发展打下基础。
本发明提出并验证了X参数行为模型的一种新扩展——温度相关的X参数模型，用于在环境温度或结温不断变化的微波功率晶体管中，X参数的表征和输出频谱的预测。本发明针对非线性矢量网络分析仪(NVNA)测量得到的X参数无法与温度建立关联的问题，围绕常规静态X参数模型，通过修改XNP文件的方法添加了环境温度变量，从而能够在ADS中计算出功率晶体管环境温度波动时的动态热效应。通过仿真预测，相较于紧凑模型，本发明的温度相关模型在25℃至150℃范围内基波功率最大相对误差为0.011％、增益最大相对误差为0.035％，验证了该模型的准确性。该方法使得X参数建模能够与温度变量有效建立联系，为微波功放电路系统的仿真提供了便利。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法流程图。
图2是本发明实施例提供的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建系统结构框图；
图中：1、XNP文件生成模块；2、XNP文件导出模块；3、文件内容修改模块；4、三端口模型构建模块；5、XNP文件合并模块；6、ADS仿真模块；7、五端口网络构建模块；8、X参数模型表征模块。
图3是本发明实施例提供的ADS仿真电路结构示意图。
图4是本发明实施例提供的测试环境温度为25℃和50℃时，合并数据的范例示意图。
图5(a)和图5(b)是本发明实施例提供的合并后的三端口模型示意图。
图6是本发明实施例提供的能为三端口X参数模型添加栅压、漏压两个变量的电路图。
图7是本发明实施例提供的生成的五参数模型示意图。
图8(a)和图8(b)是本发明实施例提供的生成的五参数XNP文件的头文件和X参数范例示意图。
图9是本发明实施例提供的能够对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益表征的电路图。
图10是本发明实施例提供的CREE公司的10W输出功率、耐高温工作的CGH40010F微波功率晶体管的结构示意图。
图11是本发明实施例提供的25℃至150℃输出频谱和功率增益波形的对比示意图。
图11(a)是本发明实施例提供的温度为25℃的温度相关模型示意图。
图11(b)是本发明实施例提供的温度为25℃的紧凑模型对照示意图。
图11(c)是本发明实施例提供的温度为50℃的温度相关模型示意图。
图11(d)是本发明实施例提供的温度为50℃的紧凑模型对照示意图。
图11(e)是本发明实施例提供的温度为75℃的温度相关模型示意图。
图11(f)是本发明实施例提供的温度为75℃的紧凑模型对照示意图。
图11(g)是本发明实施例提供的温度为100℃的温度相关模型示意图。
图11(h)是本发明实施例提供的温度为100℃的紧凑模型对照示意图。
图11(i)是本发明实施例提供的温度为125℃的温度相关模型示意图。
图11(j)是本发明实施例提供的温度为125℃的紧凑模型对照示意图。
图11(k)是本发明实施例提供的温度为150℃的温度相关模型示意图。
图11(l)是本发明实施例提供的温度为150℃的紧凑模型对照示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法包括以下步骤：
S101，利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；
S102，导出XNP文件至计算机，分别以“.txt”格式打开；
S103，在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；
S104，将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
S105，将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；
S106，通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；
S107，利用电路图为三端口X参数模型添加栅压、漏压两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；
S108，利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
如图2所示，本发明实施例提供的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建系统包括：
XNP文件生成模块1，用于利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；
XNP文件导出模块2，用于导出XNP文件至计算机，并以“.txt”格式打开；
文件内容修改模块3，用于在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；
三端口模型构建模块4，用于将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
XNP文件合并模块5，用于将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；
ADS仿真模块6，用于通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；
五端口网络构建模块7，用于利用电路图为三端口X参数模型添加栅压、漏压两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；
X参数模型表征模块8，用于利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明的目的是这样实现的，一种用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数，至少包括如下步骤：
第一步：利用安捷伦公司PNA-X系列NVNA测量在不同环境温度下的X参数，并生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注。此时的X参数数据无法与环境温度建立关联。
第二步：导出XNP文件至计算机，分别以“.txt”格式打开。
第三步：在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改。编号中，“VDC_3(real)”后面的赋值表示测量时的环境温度，需每次修改。
表1是需要修改的三个模块。
表1需要修改的三个模块
Figure BDA0003145355610000111
第四步：将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中(推荐使用ADS2017及更高版本)，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型。每个环境温度测得的数据都要生成一个新的三端口模型数据文件(见图3)。
第五步：将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件(见表2)。并且对XNP文件内容进行修改。AN_1_1(real)后面的赋值表示输入的功率值，单位W。
表2合并后的XNP文件数据
Figure BDA0003145355610000121
在合并XNP文件数据时，需要注意每组数据与前后组的连贯性，扫描的温度值从小到大排列，且扫描温度时其他变量值是固定的，不能突变或间断，否者会导致模型的表征性能失效。图4为测试环境温度为25℃和50℃时，合并数据的范例。
第六步：合并后的三端口模型如图5所示。该模型可以较为准确的在ADS仿真中预测输出频谱和增益。当温度端口变化时，该模型能够直观反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应。
第七步：三端口模型的不足之处在于栅极偏压和漏极偏压的不可选择性和非关联性。对于NVNA导出的X参数数据，测试时的栅极偏压和漏极偏压同样是十分重要的变量。为解决上述问题，利用如图6所示的电路图能为三端口X参数模型添加栅压、漏压两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络。
生成的五参数模型如图7所示。
最终生成的五参数模型，VDC_3、VDC_4、VDC_5依次对应温度、栅压、漏压，依次排列。VDC_5先从最小值变到最大值，然后VDC_4从最小值变到最大值，然后VDC_3从最小值变到最大值。如果步长设置较小，数据量将十分庞大。一个能灵活反映不同仿真频率、不同输入功率、不同栅压、不同漏压、不同温度下的五参数X参数最小模型，需要16组X参数测量数据。图8是生成的五参数XNP文件的头文件和X参数范例(范例表示测试条件为频率2GHz，栅极偏压-2.7V，漏极偏压28V，环境温度100℃)：
第八步：利用图9给出的电路图，能够对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益的表征。
为验证模型的准确性，本发明以CREE公司的10W输出功率、耐高温工作的CGH40010F微波功率晶体管为例，以一组CGH40010F在不同温度下的仿真X参数数据为原始数据，以CGH40010F温度可变的紧凑模型电路作为对照(见图10)。
在ADS电路中，分别对五端口的温度相关X参数模型和用于对照的紧凑模型进行输出频谱和功率增益的表征，测试条件为仿真频率2GHz，输入功率均为+26dBm，栅压-2.7V，漏压+28V，温度范围为25℃至150℃。波形对比结果和相对误差分析如表3和表4所示。
表325℃至150℃输出频谱和功率增益波形的对比
温度 温度相关模型 紧凑模型对照
25℃ 见图11(a) 见图11(b)
50℃ 见图11(c) 见图11(d)
75℃ 见图11(e) 见图11(f)
100℃ 见图11(g) 见图11(h)
125℃ 见图11(i) 见图11(j)
150℃ 见图11(k) 见图11(l)
表4两种模型输出数据的差值和相对误差分析
Figure BDA0003145355610000131
本发明的的优点是：本发明解决了对于NVNA测量得到的X参数无法与温度、栅极偏压、漏极偏压建立关联的问题。利用此方法，可以在X参数中添加其他任意变量值，ADS均可以成功进行表征。利用添加变量和数据合并的方法建立的全新五参数温度相关X参数模型，可以包含在不同仿真频率、不同输入功率、不同栅极偏压、不同漏极偏压、不同环境温度下的X参数，可以对功放在不同环境温度下的输出性能进行表征。输出的基频、二次和三次谐波、功率增益，相较于最常用的紧凑模型电路仿真相差很小，成功的将基于NVNA测量的X参数模型与ADS仿真预测建立关联，建立“基于测量”的温度相关X参数行为模型，为微波功放电路系统测量、建模和仿真的进一步发展打下基础。
应用的实施例1：
由于科技的进步和社会的发展，功放器件的种类愈发繁多，应用场景也愈发多样，许多大功率设备往往会借助某些功率晶体管其自身耐高温的优势，工作在纬度较低、地层深处、散热不良或者靠近发热源的各种场景，从而工作在较高的环境温度。该用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法可用于解决安捷伦公司的PNA-X系列NVNA测量功放电路时其生成X参数数据无法与环境温度建立联系的问题。通过改变加热台的温度使得功放电路工作在不同的环境温度状态下，提取出的X参数可通过上述方法加入环境温度变量，从而生成仿真模型。
应用的实施例2：
自热效应是关于功率晶体管中的功率损耗以某种方式与温度的变化产生联系，从而引起输出增益产生调制，输出波形发生变化。在大多数非线性紧凑模型中，自热效应是通过由环境温度、热阻(Rth)和热容(Cth)组成的自热电路来模拟的。结温(Tj)的取值对于自热电路的构建具有决定性的作用。可以通过使用电路的温度系数和自热电路的热阻和热容的高阶项来对器件行为相对于温度的非线性进行建模。该用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法可用于解决安捷伦公司的PNA-X系列NVNA测量功放电路时其生成X参数数据无法与结温(Tj)建立联系的问题。该方法为建立结温相关X参数模型、还原X参数记忆效应、模拟互调频谱上下边带不对称性等应用进一步打下基础。
应用的实施例3：
X参数提供了一个理想的工具，可以在电路模拟中直接插入基于物理的大信号和频率转换的分析结果，保留了非线性模型和器件物理参数之间的直接联系，这种联系在其他大信号模型中经常丢失。X参数模型能准确再现基于物理的TCAD仿真，在相同的精度要求下，其仿真时间更快。该用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法可用于在X参数模型中添加额外的掺杂值(doping)端口。修改XNP文件，利用上述方法可在XNP文件中对掺杂值进行扫描，构建与掺杂值相关的X参数模型。
应用的实施例4：
随着通信技术的快速发展，在射频链路设计中，混频器、耦合器等多端口器件在链路中的设计精度和功率指标要求越发关键。精确的表征大功率情况下混频器、耦合器等多端口器件的非线性行为需要建立基于X参数测量的行为模型。该用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法可用于解决安捷伦公司的PNA-X系列NVNA测量混频器、耦合器等多端口器件X参数时其生成X参数数据无法与环境温度或其他变量建立联系的问题。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，其特征在于，所述用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法包括以下步骤：
步骤一，利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；
步骤二，导出XNP文件至计算机，分别以“.txt”格式打开；
步骤三，在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；
步骤四，将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
步骤五，将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；
步骤六，通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；
步骤七，利用电路图为三端口X参数模型添加栅压(Vgs)、漏压(Vds)两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；
步骤八，利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
2.如权利要求1所述的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，其特征在于，步骤一中，此时X参数数据无法与环境温度建立关联。
3.如权利要求1所述的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，其特征在于，步骤三中，所述XNP文件编号中，“VDC_3(real)”后面的赋值表示测量时的环境温度，需每次修改。
4.如权利要求1所述的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，其特征在于，步骤四中，每个环境温度测得的数据均生成一个新的三端口模型数据文件。
5.如权利要求1所述的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，其特征在于，步骤五中，AN_1_1(real)后面的赋值表示输入的功率值，单位W；
在合并XNP文件数据时，每组数据与前后组的连贯性，扫描的温度值从小到大排列，且扫描温度时其他变量值是固定的，不能突变或间断，否者会导致模型的表征性能失效。
6.如权利要求1所述的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法，其特征在于，步骤七中，最终生成的五参数模型，包括VDC_3、VDC_4、VDC_5依次对应温度、栅压、漏压，依次排列；VDC_5先从最小值变到最大值，VDC_4从最小值变到最大值，VDC_3从最小值变到最大值；如果步长设置较小，数据量将十分庞大，能灵活反映不同仿真频率、不同输入功率、不同栅压、不同漏压、不同温度下的五参数X参数最小模型，需要16组X参数测量数据。
7.一种实施权利要求1～6任意一项所述用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建方法的用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建系统，其特征在于，所述用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建系统包括：
XNP文件生成模块，用于利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；
XNP文件导出模块，用于导出XNP文件至计算机，并以“.txt”格式打开；
文件内容修改模块，用于在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；
三端口模型构建模块，用于将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
XNP文件合并模块，用于将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；
ADS仿真模块，用于通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；
五端口网络构建模块，用于利用电路图为三端口X参数模型添加栅压(Vgs)、漏压(Vds)两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；
X参数模型表征模块，用于利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；导出XNP文件至计算机，分别以“.txt”格式打开；在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；利用电路图为三端口X参数模型添加栅压(Vgs)、漏压(Vds)两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
利用NVNA测量在不同环境温度下的X参数，生成多个XNP文件，并对每个文件名进行温度标注；导出XNP文件至计算机，分别以“.txt”格式打开；在每一个XNP文件中，根据测量时的环境温度，对XNP文件内容进行修改；将修改后的XNP文件保存，并带入到ADS仿真电路中，将二端口模型扩充为添加温度变量后的三端口模型；
将不同温度下生成的三端口模型数据合并成一个大的XNP文件，并对XNP文件内容进行修改；通过合并后的三端口模型在ADS仿真中预测输出频谱和增益；当温度端口变化时，通过该模型反映出微波功率晶体管环境温度波动时产生的动态热效应；利用电路图为三端口X参数模型添加栅压、漏压两个变量，最终将NVNA原始二端口网络扩充为五端口网络；利用电路图对温度相关X参数模型输出频谱和功率增益进行表征。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述用于微波功率晶体管建模的温度相关X参数模型构建系统。
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