CN115642971B - 微波模块非线性参数的仿真文件生成方法及自动提取系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微波模块非线性参数的仿真文件生成方法及自动提取系统，包括调用温度T下的功率校准文件并传输给矢量网络分析仪，获取矢量网络分析仪根据功率校准文件中的校准数据对微波器件按照S2P模型进行测量的数据；得到不同输入功率下的S2P模型测量数据；并转换为S2P 文件存储到S2P文件组中，将S2P文件组转换为对应的S2D模型文件；调用新的温度T下矢量网络分析仪输出的功率校准文件，提取出不同温度下的S2D模型文件，通过文件调用、模型测量和转换，提取出非线性参数的S2D模型文件，这样每次仿真时可以直接调用S2D模型文件，不必每次仿真进行反复测量，节省了测量时间，提高工作效率。

Description

微波模块非线性参数的仿真文件生成方法及自动提取系统

技术领域

本发明涉及射频电路仿真技术领域，具体涉及微波模块非线性参数的仿真文件生成方法及自动提取系统。

背景技术

矢量网络分析仪是一种常见的射频电路测量仪器，主要用来测量高频器件、电路及系统的性能参数，如线性参数、非线性参数、变频参数等。采用矢量网络分析仪对于射频微波模块进行测量后的测量结果会存储为snp文件，然后可以将snp文件导入仿真软件对微波模块的微波器件的性能进行分析。一般采用的是分析器件的S参数，S参数包括不同频率下的输入回波损耗、增益、反向隔离和输出回波损耗，这些均为矢量格式。利用矢量网络分析仪对器件进行测量时一般会分为对器件的小信号S参数的测量和大信号S参数的测量，这样，在后续仿真进行仿真时，可以分别利用小信号S参数和大信号S参数对器件的线性和非线性参数进行仿真。从而对器件的线性和非线性性能进行分析。分别对器件的非线性性能进行仿真时需要每次搭建测量场景，对矢量网络分析仪输出功率进行校准，再根据校准功率对微波器件进行非线性参数的测量，再将测量参数写入仿真软件的模型中进行仿真。微波器件的非线性参数的提取没有形成完整的系统并且仿真也没有形成可以调用的仿真文件，反复测量、提取和输入均会降低工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供微波模块非线性参数的仿真文件生成方法及自动提取系统，一方面通过自动执行文件调用、测量和转换，实现微波模块非线性参数的自动提取，并且从测量得到的S2P文件中提取出非线性参数的S2D模型文件，使得该S2D模型文件可以作为仿真模型直接调用，这样每次仿真时可以直接调用S2D模型文件，不必每次仿真进行反复测量和输入，节省了测量时间，提高工作效率。

一方面，本申请提供微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，具体步骤包括：

S1.调用温度T下的功率校准文件传输给矢量网络分析仪，所述功率校准文件包括在温度T下对矢量网络分析仪输出的不同功率的校准数据；记为C_T（C1，C2，C3，…，Cn）；

S2.获取矢量网络分析仪根据C_T对微波器件按照S2P模型进行测量的数据；得到不同输入功率下的S2P模型测量数据；记为N_C（N1，N2，N3，…，Nn）；

S3.将N_C按照S2P文件格式分别转换为S2P文件；并存储到S2P文件组中，将S2P文件组记为N_TP（N_TP1，N_TP2，N_TP3，…，N_TPn）；

S4.将S2P文件组转换为对应的非线性参数的S2D模型文件并存储；

S5.调用新的温度T的功率校准文件传输给矢量网络分析仪，循环执行步骤S1-S4，提取出不同温度下的S2D模型文件。

进一步地，S2P文件格式为：<器件名>_<输入功率>_<测试温度>.s2p，转换后的S2D模型文件格式为<器件名>.s2d。

进一步地，S2P文件的存储路径和 S2D模型文件的存储路径一致。

进一步地，所述矢量网络分析仪采用Agilent E8363B或R&S ZVB40。

进一步地，所述微波器件包括SMA接头的放大器模块、5-8 GHz低噪声放大器LNA或1-2 GHz LNA。

进一步地，步骤S4的具体过程包括：

S41.解析出S2P文件组N_TP中每个S2P文件对应的S参数，存入第一数据组中，记为S_解（S_解1，S_解2，S_解3，…，S_解n）；

S42.对S_解中的每个S参数分别进行归一化处理，得到归一化后的S参数，存入第二数据组中，记为S_压(S_压1，S_压2，S_压3，…，S_压n)；

S43.将所述第一数据组S_解与第二数据组S_压依次写入S2D模型文件中。

进一步地，所述S_解中，每个S参数包括S21的幅度和相位，记为S_解n（S21_dB_n，S21_phase_n）；

对S_解中的每个S参数分别进行归一化处理的具体步骤为：

选取N_TP中最小输入功率的S2P文件对应的S参数作为参考，记为S21_ref（dB_ref，phase_ref）；

根据S21_ref，对S_解中的每个S参数的幅度和相位分别进行归一化处理，每个S参数归一化处理后，记为S_压n（dB_norm_n，Phase_norm_n）。

进一步地，对每个S参数的相位进行归一化处理的计算过程为：

Phase_norm_n=unwrap(phase(S_解n))-unwrap(phase(S21_ref))。

对每个S参数的幅度进行归一化处理的计算过程为：

dB_norm_n=dB(S_解n/S21_ref)。

进一步地，将第二数据组S_压写入S2D模型文件的过程为：

Sa、设置频率F；

Sb、对S_压中的每个归一化后的S参数按照F进行采样，并将采样结果按照输入功率大小从小到大依次写入对应模板中；

Sc、重新设置频率F；

Sd、循环执行步骤Sa-Sc，直至完成所有频率点的采样。

另一方面，本申请提供微波模块非线性参数的自动提取系统，包括：

存储模块，用于存储不同温度T下对矢量网络分析仪输出的不同功率分别进行校准得到的功率校准文件；

调用模块，用于调用不同温度T下的功率校准文件并传输给矢量网络分析仪；

获取模块，用于获取矢量网络分析仪根据功率校准文件中的校准数据对微波器件按照S2P模型进行测量的数据；得到不同温度不同输入功率下的S2P模型测量数据；

S2P文件数据库，用于将不同温度不同输入功率下的S2P模型测量数据分别转换为S2P文件；并将一个温度下的不同输入功率的S2P文件存储到一个S2P文件组中；得到不同温度下的若干个S2P文件组；

模型提取模块，用于将若干个S2P文件组分别转换为S2D模型文件并存储。

本发明具有的有益效果：

本申请在搭建的微波模块的非线性参数测量场景中，通过计算机完成文件调用、测量和转换，实现微波模块非线性参数的自动提取，并且对于提取到的非线性参数S2D模型文件可以作为仿真文件调用，这样每次对微波器件的非线性仿真时可以直接调用该微波器件非线性参数对应的S2D模型文件，不必每次仿真进行反复测量，节省了测量时间，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明微波模块非线性参数的仿真文件生成方法示意图；

图2为本发明实施例提供的微波模块非线性参数的自动提取系统；

图3为本发明实施例提供的矢量网络分析仪E8363B对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）进行测量得到的S参数；

图4为对图3中的S参数进行归一化后输入功率为-4dBm时的压缩曲线；

图5为对图3中的S参数进行归一化后输入功率为-10dBm时的压缩曲线；

图6为本发明实施例提供的矢量网络分析仪R&S ZVB40对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）进行测量得到的S参数；

图7为对图6中的S参数进行归一化后输入功率为-4dBm时的压缩曲线；

图8为对图6中的S参数进行归一化后输入功率为-10dBm时的压缩曲线；

图9为对于1-2 GHz LNA在1GHz扫描输入功率后得到的压缩曲线；

图10 为对于1-2 GHz LNA在2GHz扫描输入功率后得到的压缩曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

另外，为了清楚和简洁起见，可能省略了对公知的结构、功能和配置的描述。本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文描述的示例进行各种改变和修改。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

实施例1

如图1所示，本实施例提供微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，具体步骤包括：

S1. 调用温度T下的功率校准文件传输给矢量网络分析仪，所述功率校准文件包括在温度T下对矢量网络分析仪输出的不同功率的校准数据；记为C_T（C1，C2，C3，…，Cn）；

S2. 获取矢量网络分析仪根据C_T对微波器件按照S2P模型进行测量的数据；得到不同输入功率下的S2P模型测量数据；记为N_C（N1，N2，N3，…，Nn）；

S3. 将N_C按照S2P文件格式分别转换为S2P文件；并存储到S2P文件组中，将S2P文件组记为N_TP（N_TP1，N_TP2，N_TP3，…，N_TPn）；

具体地， S2P文件格式为：<器件名>_<输入功率>_<测试温度>.s2p，转换后的S2D模型文件格式为<器件名>.s2d。另外，步骤S4得到的S2D模型文件的文件存储路径与S2P文件保存路径一致，即所有文件组的S2P文件会另建一个文件夹作为原始文件进行保存。

S4.将S2P文件组转换为对应的非线性参数的S2D模型文件并存储；具体步骤包括：

S41.解析出S2P文件组N_TP中每个S2P文件对应的S参数，存入第一数据组中，记为S_解（S_解1，S_解2，S_解3，…，S_解n）；具体地，数据组S_解中，每个S参数包括S21的幅度和相位，记为S_解n（S21_dB_n，S21_phase_n）。

S42.对S_解中的每个S参数分别进行归一化处理，得到归一化后的S参数，存入第二数据组中，记为S_压(S_压1，S_压2，S_压3，…，S_压n)；

对S_解中的每个S参数分别进行归一化处理的具体步骤为：

S421、选取N_TP中最小输入功率的S2P文件对应的S参数作为参考，记为S21_ref（dB_ref，phase_ref）；

S422、根据S21_ref，对S_解中的每个S参数的幅度和相位分别进行归一化处理，每个S参数归一化处理后，记为S_压n（dB_norm_n，Phase_norm_n）。

具体地，归一化处理包括：

幅度归一化处理：将S21_ref的dB_ref作为参考幅度，以dB_ref为基准，将第一数据组S_解中的每个S参数的幅度S21_dB除以dB_ref，得到每个S参数归一化后的幅度dB_norm，具体地，对某个S_解n的幅度归一化处理的计算过程为:

dB_norm_n=dB(S_解n/S21_ref)=S21_dB_n/dB_ref；

相位归一化处理：将S21_ref的phase_ref作为参考相位，以phase_ref为基准，将第一数据组S_解中的每个S参数的相位S21_phase减去phase_ref，得到每个S参数归一化后的相位phase_norm，具体地，对某个S_解n的相位归一化处理的计算过程为:

Phase_norm_n=unwrap(phase(S解_n))-unwrap(phase(S21_ref))

=S21_phase_n-phase_ref。

S43.将所述第一数据组S_解与第二数据组S_压依次写入S2D模型文件中。

在一种实施方式中，对于第二数据组S_压依次写入S2D模型文件的过程为：

Sa、设置频率F；

Sb、对S_压中的每个归一化后的S参数按照F进行采样，并将采样结果按照输入功率大小从小到大依次写入对应模板中；

Sc、重新设置频率F；

Sd、循环执行步骤Sa-Sc，直至完成所有频率点的采样。

S5.调用新的温度T下矢量网络分析仪输出的功率校准文件，循环执行步骤S1-S4，提取出不同温度下的S2D模型文件。对于得到的S2D模型文件可以加载到仿真软件中，对微波器件的非线性性能进行仿真时可以直接调用，而不必反复搭建测试场景进行测量。也不需要反复写入仿真参数。

需要理解的是，由于每个S参数的幅度和相位是随着频率值发生变化的幅度曲线和相位曲线，归一化后的S参数的幅度和相位随着频率值发生变化的幅度曲线和相位曲线，将不同的输入功率下的S参数归一化后得到的是以频率为横坐标，归一化后的S参数的幅度或相位为纵坐标的压缩曲线。在利用文件存储时需要存储单个频率点下不同输入功率对应的归一化后的S参数的幅度和相位，因此，需要按照频率对归一化后的S参数进行采样，并且，对于一个频率下的若干个采样数据，可以按照该S参数对应的S2P文件对应的输入功率的大小，从小到大将一个频率点下的若干采样数据依次写入模板中。

可以理解的是，从每个S2P文件中解析出的对应的S参数，S参数不仅包括S21的幅度和相位还包括了S11、S12、S22等参数。S21表示正向传输系数，也就是增益。S2D模型文件中包括了S2P文件解析出的S参数以及该S参数进行压缩后的不同温度下不同输入功率对应的压缩数据，这样，在对该微波器件进行仿真时，调用该S2D模型文件就可以完成对微波器件的线性和非线性参数的仿真，提高了仿真效率。

实施例2

如图2所示，本实施例2提供微波模块非线性参数的自动提取系统，包括：

存储模块，用于存储不同温度T下对矢量网络分析仪输出的不同功率分别进行校准得到的功率校准文件；矢量网络分析仪可以采用Agilent E8363B或R&S ZVB40；

调用模块，用于调用不同温度T下的功率校准文件并传输给矢量网络分析仪；

获取模块，用于获取矢量网络分析仪根据功率校准文件中的校准数据对微波器件按照S2P模型进行测量的数据；得到不同温度不同输入功率下的S2P模型测量数据；

S2P文件数据库，用于将不同温度不同输入功率下的S2P模型测量数据分别转换为S2P文件；并将一个温度下的不同输入功率的S2P文件存储到一个S2P文件组中；得到不同温度下的若干个S2P文件组；

模型提取模块，用于将若干个S2P文件组分别转换为S2D模型文件并存储。

在模型提取模块中，程序实现过程为：

解析出S2P文件组中每个S2P文件对应的S参数，对每个S参数分别进行归一化处理，得到归一化后的S参数；每个S参数包括S21的幅度和相位；

每个S参数分别进行归一化处理的具体步骤为：

选取S2P文件组中最小输入功率的S2P文件对应的S参数作为参考，记为S21_ref（dB_ref，phase_ref）；

根据S21_ref，对每个S参数的幅度和相位分别进行归一化处理，例如，对某个S参数S21_raw，对每个S参数的相位进行归一化处理的计算过程为用S21_raw的相位与S21_ref的相位做减法：

Phase_norm_n=unwrap(phase(S21_raw))-unwrap(phase(S21_ref))。

对每个S参数的幅度进行归一化处理的计算过程为为用S21_raw的幅度与S21_ref的幅度做除法：

dB_norm_n=dB(S21_raw /S21_ref)。

进一步地，将第二数据组S_压写入S2D模型文件的过程为：

Sa、设置频率F；

Sb、对每个归一化后的S参数按照F进行采样，并将采样结果按照输入功率大小从小到大依次写入对应模板中；

Sc、重新设置频率F；

Sd、循环执行步骤Sa-Sc，直至完成所有频率点的采样。将每个S参数以及归一化后的S参数依次写入S2D模型文件中。

系统中还包括控制模块，用于输出对矢量网络分析仪的控制信号，控制矢量网络分析仪进行校准和测量，并将校准和测量数据上传回存储模块和获取模块，控制模块还会输出程控电源的控制信号，控制程控电源对微波器件的电源供应。

在一个具体实施方式中，利用矢量网络分析仪E8363B对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）按照S2P模型进行测量，将测量到的数据传回自动提取系统内，将测量数据转换为对应的S2P文件，解析出该S2P文件中的S参数，对于S参数进行归一化处理，得到压缩数据，将S参数和压缩数据按照S2D模型文件的定义写入S2D模型文件中。在仿真软件中，调用该S2D模型文件使用谐波平衡法对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）进行线性仿真，设置输入功率为-30dBm至-4dBm之间取每间隔2dBm的功率值，得到的S参数的幅度随频率变化的情况如图3所示。同时对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）进行非线性线性仿真，获得不同输入功率下基波幅度压缩情况，如图4、图5所示，给出了输入功率分别为-4dBm和-10dBm时对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）的基波幅度压缩（归一化处理）情况。

在另一种实施方式中，利用另一种矢量网络分析仪R&S ZVB40对5-8 GHz LNA和1-2 GHz LNA按照S2P模型进行测量，将测量到的数据传回自动提取系统内，将测量数据转换为对应的S2P文件，解析出该S2P文件中的S参数，对于S参数进行归一化处理，得到压缩数据，将S参数和压缩数据按照S2D模型文件的定义写入S2D模型文件中。在仿真软件中，调用该S2D模型文件使用谐波平衡法对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）进行线性仿真，设置输入功率为-30dBm至-4dBm之间取每间隔2dBm的功率值，得到的S参数的幅度随频率变化的情况如图6所示，并且由于对矢量网络分析仪输出的功率进行了校准的原因，从图6中可以看出在7.6GHz处有较为明显抖动。同时对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）进行非线性线性仿真，获得不同输入功率下基波幅度压缩情况，如图7、图8所示，在输入功率分别为-4dBm和-10dBm时对5-8 GHz低噪声放大器（LNA）测量的基波幅度压缩（归一化处理）情况。而对于1-2 GHzLNA在1GHz和2GHz扫描输入功率，获得的基波功率压缩曲线分别如图9、图10所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，具体步骤包括：

S1.调用温度T下的功率校准文件传输给矢量网络分析仪，所述功率校准文件包括在温度T下对矢量网络分析仪输出的不同功率的校准数据；记为C_T（C1，C2，C3，…，Cn）；

S2.获取矢量网络分析仪根据C_T对微波器件按照S2P模型进行测量的数据；得到不同输入功率下的S2P模型测量数据；记为N_C（N1，N2，N3，…，Nn）；

S3.将N_C按照S2P文件格式分别转换为S2P文件；并存储到S2P文件组中，将S2P文件组记为N_TP（N_TP1，N_TP2，N_TP3，…，N_TPn）；

S4.将S2P文件组转换为对应的非线性参数的S2D模型文件并存储；

S5.调用新的温度T的功率校准文件传输给矢量网络分析仪，循环执行步骤S1-S4，提取出不同温度下的S2D模型文件。

2.根据权利要求1所述的微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，S2P文件格式为：<器件名>_<输入功率>_<测试温度>.s2p，转换后的S2D模型文件格式为<器件名>.s2d。

3.根据权利要求2所述的微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，S2P文件的存储路径和 S2D模型文件的存储路径一致。

4.根据权利要求1所述的微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，所述矢量网络分析仪采用Agilent E8363B或R&S ZVB40。

5.根据权利要求1所述的微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，所述微波器件包括SMA接头的放大器模块、5-8 GHz低噪声放大器LNA或1-2 GHz LNA。

6.根据权利要求1所述的微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，步骤S4的具体过程包括：

S41.解析出S2P文件组N_TP中每个S2P文件对应的S参数，存入第一数据组中，记为S_解（S_解1，S_解2，S_解3，…，S_解n）；

S42.对S_解中的每个S参数分别进行归一化处理，得到归一化后的S参数，存入第二数据组中，记为S_压(S_压1，S_压2，S_压3，…，S_压n)；

S43.将第一数据组S_解与第二数据组S_压依次写入S2D模型文件中。

7.根据权利要求6所述的微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，所述S_解中，每个S参数包括S21的幅度和相位，记为S_解n（S21_dB_n，S21_phase_n）；S21表示正向传输系数；

对S_解中的每个S参数分别进行归一化处理的具体步骤为：

选取N_TP中最小输入功率的S2P文件对应的S参数作为参考，记为S21_ref（dB_ref，phase_ref）；

根据S21_ref，对S_解中的每个S参数的幅度和相位分别进行归一化处理，每个S参数归一化处理后，记为S_压n（dB_norm_n，Phase_norm_n）。

8.根据权利要求7所述的微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，对每个S参数的相位进行归一化处理的计算过程为：

Phase_norm_n=unwrap(phase(S_解n))-unwrap(phase(S21_ref))；

对每个S参数的幅度进行归一化处理的计算过程为：

dB_norm_n=dB(S_解n/S21_ref)。

9.根据权利要求6所述的微波模块非线性参数的仿真文件生成方法，其特征在于，将第二数据组S_压写入S2D模型文件的过程为：

Sa、设置频率F；

Sb、对S_压中的每个归一化后的S参数按照F进行采样，并将采样结果按照输入功率大小从小到大依次写入对应模板中；

Sc、重新设置频率F；

Sd、循环执行步骤Sa-Sc，直至完成所有频率点的采样。

10.微波模块非线性参数的自动提取系统，其特征在于，包括：

存储模块，用于存储不同温度T下对矢量网络分析仪输出的不同功率分别进行校准得到的功率校准文件；

调用模块，用于调用不同温度T下的功率校准文件并传输给矢量网络分析仪；

获取模块，用于获取矢量网络分析仪根据功率校准文件中的校准数据对微波器件按照S2P模型进行测量的数据；得到不同温度不同输入功率下的S2P模型测量数据；

S2P文件数据库，用于将不同温度不同输入功率下的S2P模型测量数据分别转换为S2P文件；并将一个温度下的不同输入功率的S2P文件存储到一个S2P文件组中；得到不同温度下的若干个S2P文件组；

模型提取模块，用于将若干个S2P文件组分别转换为S2D模型文件并存储。

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