动态X参数模型理论及基于协方差矩阵分析NVNA测量不确定度传播规律研究

探索能同时处理现代RF微波无线通信系统中核心功放器件（包括元件、模块及子系统）强非线性与记忆效应的行为建模(behavioral modeling)技术，已成为国内外近年来跨学科的研究热点。2009年提出的动态X参数行为模型，显示出了明显的优势。但目前仅限于在基波和完善匹配条件下应用，这与今天宽带无线系统的真实工作条件相差很大。.本项目提出在包络域中，建立包括谐波和失配真实环境下的动态X参数模型通用数学表达式、模型提取实验方案、三维谐波和四维失配记忆核辨识方法及模型有效性检验等相关理论；由于实验方案将是在新一代非线性矢量网络分析(NVNA)平台上实现，为确保基于测量的行为模型精确，提出基于协方差矩阵，分析NVNA测量不确定度的传播规律，进而估计出动态X参数及由该参数导出的物理量的不确定度。本项目研究成果，可为国家科技中长期发展纲要(2006－2020)中的核高基工程及时提供理论与技术支撑。

随着绿色电子系统理念的提出和无线通信领域的迅猛发展，传统的线性系统理论既无法继续支对“大功率、高效率、高宽带”射频电子产品的高效和快速研发，也不能满足无线系统前端部件（射频功率放大器、混频器、调制解调器、振荡器等）对精确表征、建模、仿真、设计和应用的需求。正是在这个大背景下，基于测量的非线性矢量网络分析理论得到了学术界和工程界的共同关注和研究推广。本资助项目的主要研究目的在于建立统一的非线性表征理论，旨在通过硬件测量平台、行为模型理论、参数辨识以及应用推广等开展原创以及创新性研究工作，项目主要研究内容如下：. 1、在非线性记忆效应表征方面，建立和推导出了谐波动态X参数行为模型，提出了基于超窄二值射平脉冲包络信号的行为模型有效性检验方案。在校验过程中，测量了射频ZFL_11AD+功放包含基波和任意阶次谐波的瞬时输出包络域信号，成功提取出了该器件的基波和谐波动态记忆核函数。. 2、提出了通用的（负载相关）X参数行为模型理论，将微小阻抗失配的工作条件拓展到全阻抗失配情况。在此基础上，参考二端口微波网络下小信号S参数理论的应用，推导了基于负载相关X参数的微波网络输入反射系数解析表达式。. 3、在测量不确定度分析方面，基于非线性矢量网络分析（NVNA）平台校准和测量的原理，分析给出了量值间的测量不确定度传播规律，并根据非线性研究背景下“多频点、多波量、复频率”测量的特点，提出了完整的基于协方差矩阵的NVNA测量不确定度分析方法。. 4、在NVNA非线性测量技术方面，提出了多谐波/互调相位参考实现方案，有效地拓展了原型样机对射频调制信号的测量功能，能够解决目前NVNA在GHz频段上KHz级超高分辨力互调失真相位测量的技术难题。. 非线性X参数行为模型在新一代无线通信领域内具有很高的工程指导意义：例如在当前超高功率放大器的设计流程中，由于强非线性和长期记忆效应的存在，而缺乏相应的理论支撑，导致设计周期多次重复和成本大幅增长，成为新产品创新的瓶颈。本项目的研究内容和取得的成果突破上述瓶颈，为下一代无线通信产品的创新提供理论依据和设计方法。