CST微波混频电路 --- 频线任务，谐波平衡（Harmonic Balance）

这期我们看一个电路仿真任务，频谱线任务，也叫谐波平衡（Harmonic Balance）：

谱线任务可用于模拟频域中的高度非线性电路。计算谱线执行的是谐波平衡 (HB) 分析。 HB 分析求解动态系统的稳态，并产生给定频率的正弦函数的傅立叶系数。通常，我们可以为 HB 分析定义许多独立的激励频率（音调）。根据这些基本频率的数量 n，我们称之为 n 音分析。这个分析中考虑的频率，是用户指定的特定数量谐波的混频频率。考虑的谐波越多，结果越接近实际混合效果。

使用这个任务的两个必备条件是AC电压源和探针，我们可以先从简单的线性电路开始学习。点击电压源，可以设置HB的个数和每个的系数，然后有两个振幅相位，AC和HB，AC是给AC任务的，我们就看HB任务。

添加一个频谱线任务，可以设置多个频率点以及谐波个数。注意这类的频点数量要和上面电压源要的Maximum Number Of Harmonics（默认为2）个数一致，所以我们这里放两个频率：

这类的计算方式有两种，一个是“钻石”法，一个是“方形”法。钻石是指菱形，详情可见帮助。简单说就是，钻石法让每个频率的谐波个数都是右下角设置的Harmonics；方形法是可以分别定义每个频率的谐波个数。

回到我们简单的电路，我们的电压源默认设置了HB系数[1]为1，[0]是0，所以只用到任务中的第一个频率，就是100。更新任务得到：

所以探针的电压和电流波形是100GHz的正弦，电流幅值0.02A，电压源电压幅值为1V，这个就是默认设置的那个HB振幅。然后我们还看了三个谐波频率，200，300和400：

验证Prms: Vm*Im/2=1*0.02/2=10mW

 

再试一种情况，三个谐波，用后面两个，电压为0.5：

那么任务中也要三个频率：

这样的电压电流就是330GHz的一个频点（150+180）：

当然如果三个系数都是1那就三个频率相加了。这个线性电路较简单，我们简单了解这个任务都能干什么就行。下面我们看一个复杂一点的案例。

自带案例混波器：

里面有非线性的二极管，以SPICE模型导入。简单的 LC 谐振电路用于在输出端滤除所需的 IF 频率。

先看低频振荡频率LO，用的第一个频率系数，振幅为参数ULO=2*Sqr(2*50*1e-3*exp(LOlevel/10*Log(10)))，就是10dBm：

再看射频频率，用的是第二个系数，振幅是URF，等于1dBm。看Value是0.709，所以LO大概是RF的三倍。

 查看任务，两个频率925MHz和970MHz:

更新任务得到结果；

 先看电压电流，可见有了谐波，可添加marker：

 

时域调制波形：

可见确实以45MHz的IF频率为主（1/2.3e-8约为45e6）；放大可见其他高频因素：

 如果我们增加谐波数，可见更多谐波：

 

小结：

1）频谱任务需要AC电压源和探针。

2）电压源中谐波个数要与任务中频率个数相同。

3）频谱任务支持复杂非线性电路，可分析混合器、调制电路等等。

4）也可扫参获得宽频调制结果，这个以后有机会再介绍。

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