Симуляция методом гармонического баланса
Для добавления в избранное нужно авторизоваться
Основы метода гармонического баланса
Гармонический баланс – метод анализа в частотной области, предназначенный для симуляции искажений в нелинейных схемах и системах. Он хорошо подходит для симуляции и анализа проблем в аналоговых РЧ- и СВЧ-устройствах, так как для этих устройств наиболее естественен анализ в частотной области. Вы можете проводить анализ усилителей мощности, умножителей частоты, смесителей, модуляторов и многих других устройств в режиме больших синусоидальных сигналов.Симуляция методом гармонического баланса дает возможность проводить многотональный анализ схем с преобразованием комбинационной частоты. Он включает в себя частотные преобразования между гармониками. Гармонические колебания может генерировать не только схема сама по себе – каждый источник сигнала (задающее воздействие) также может производить гармоники или малые сигналы в боковых полосах частот. Задающее воздействие может включать до 12 гармонически не связанных источников. Суммарное количество частот в системе ограничивается только такими практическими соображениями, как объем памяти, объем файла подкачки и скорость симуляции.
Гармонический баланс – итерационный метод. Он основывается на предположении, что для заданного гармонического возбуждения существуют стационарные решения, которые с удовлетворительной точностью могут быть аппроксимированы при помощи ряда Фурье с конечным числом членов. Соответственно, напряжения в узлах схемы приобретают вид набора амплитуд и фаз для всех частотных составляющих. Токи, текущие из узлов схемы в линейные элементы, включая все элементы с распределенными параметрами, вычисляются с помощью прямого линейного анализа в частотной области. Токи, текущие из узлов в нелинейные элементы, рассчитываются во временной области. Для преобразования из временной в частотную область применяется обобщенное преобразование Фурье.
Полученное с помощью метода гармонического баланса решение аппроксимируется усеченным рядом Фурье, и данный метод по своей сути не способен отражать неустановившиеся процессы. Производную по времени можно точно вычислить с граничными условиями v(0)=v(t), что автоматически удовлетворяется для всех итераций.
Аппроксимация с помощью усеченного ряда Фурье + N уравнений схемы дают функцию невязки, которая минимизируется.
Система из N x M нелинейных алгебраических уравнений разрешается относительно коэффициентов Фурье с помощью метода Ньютона, а внутренняя линейная задача решается с помощью:
– прямого метода (метода исключения Гаусса) для небольших задач;
– метода на подпространстве Крылова (например, метода обобщенных минимальных невязок GMRES) для задач большей размерности.
Нелинейные устройства (транзисторы, диоды и пр.) в методе гармонического баланса оцениваются (дискретизируются) во временной области и преобразуются в частотную область с помощью быстрого преобразования Фурье.
Содержание
- Основы метода гармонического баланса
- Чтобы успешно выполнить анализ методом гармонического баланса
- Практический пример: процесс симуляции методом гармонического баланса
- Практический пример: Симуляция свипирования мощности
