跟着通讯技能的开展，射频电路在通讯体系中得到了广泛的使用。功率放大器的研讨和规划一直是通讯开展中的重要课题。近年来，依据含糊神经网络的射频器材和电路建模的研讨取得了巨大的作用，对大规模集成电路和杂乱电路的建模有着巨大的启示含义， 成为当今研讨的热门之一，本文将依据这个理论对射频放大器进行建模和研讨。
1 建模办法的介绍
本文将选用含糊逻辑网络中的一阶Sugeno模型， 为了完成Sugeno 含糊推理体系的学习进程， 一般将其转化为一个自习惯网络，即自习惯含糊神经推理体系， 如图1所示。
该自习惯网络是一个多层前馈网络， 它能够分为5层， 其间的方形节点需求进行参数学习。下面别离介绍这五层。
图1 自习惯模
糊神经推理体系结构
第1层 核算输入变量的匹配度， 即含糊化进程。假定含糊集选用高斯函数，那么该层输出( Oi表明第j层的第i个输出)为:
经过对含糊规矩中各参数的精心挑选， 可精确地描写变量之间的联系。
用 含糊逻辑建模能够把整个建模进程分红两步: 初始模型的树立和模型的后续练习调整。初始模型的树立除了可依据该范畴已有的一些经历、常识外，现在还能够依据一组练习样本数据，运用必定的算法确认输入变量与输出变量的含糊集个数与相应的从属度函数的形状， 及一组含糊规矩。有了这样一个初始模型后，再用学习算法，如BP算法、DFP算法，来调整从属度函数中的参数， 逐渐减小体系的含糊输出值跟实践输出值之间的差错，可取得较好的作用。
2 建模进程
鄙人面的实例中使用ANFIS进行建模的过程如下:
( 1)在ADS中对规划好的功放电路进行仿真，这儿别离对输入为单音信号、双音信号以及调制信号的功放电路进行仿真，终究意图是树立一个描绘输入输出端口联系的行为模型，故挑选输入和输出的电压数据用以练习之用。
( 2)编写程序， 预设ANFIS中的参数值， 确认从属度函数的类型、含糊规矩的条数、迭代次数、含糊集的个数等，树立初始模型，并完成对练习数据的学习;( 3)使用检测样本数据查验所树立的模型; 选用最小二乘法和梯度下降法对模型的参数进行调整。
( 4)调查检测成果， 若检测差错满足精度要求，建模完毕， 若不满足， 持续调整。
本 文选用一个三输入单输出的初始模型， 输入变量选为Vin ( k )， Vin ( k- 1)， Vout ( k- 1)三个输入变量， 其间Vin ( k ) 为输入电压， 变量Vin ( k – 1 ) 用Vin ( k- 1) = Vin ( k ) – Vin ( k – 1)的差分方式来替换。Vout ( k- 1)为考虑回忆效应而参加的项，即前一刻的输出量。输出变量为一单变量Vou t ( k )。这样能够将整个需建模的电路输入输出的动态联系用式( 7)予以表达:
模型选用高斯从属度函数， 含糊规矩条数为[ 2 12]， 共四条， 选用均匀分割法。
3 使用实例
以下是一个依据SM %&&&&&% 技能规划的射频功率放大器，如图2所示。它的规划目标如下:
S11 – 15 dB， S21> 20 dB， P1 dB > 20 dBm，PAE 30% ， Pgain > 20 dB。
图2
电 路作业在2. 45 GHz下， 输入功率为RF_input= – 20 dBm~ 10 dBm(距离1 dBm)的信号，对电路进行HB仿真， 并选取时域下两个周期的抽样输入输出电压抽样数据作为练习数据。查验数据的选取与上述相似，能够挑选输入功率RF_input= – 19. 5 dBm~10. 5 dBm (距离为1 dBm )内的一组或多组信号。
建模成果如图3~ 6所示， 图3是输入功率为6. 5 dBm和- 6. 5 dBm 时， 稳态输出电压的成果。
图 4是使用输入功率为7. 5 dBm 时模型得到的时域数据，选取一个周期的输出电压数据做FFT 改换， 得到电压信号频谱，对基涉及二到五次谐波电压别离核算功率谱， 并与ADS仿真得到的频谱进行比较。图5和图6 所示为使用模型数据核算得到的功率紧缩曲线和功率增益曲线与ADS仿真值的比较。
图3 稳态输出电压曲线
图4 频谱的模型核算值与仿真值的比较
图5 功率紧缩曲线
图6 增益紧缩曲线
从图中的成果能够看出， 含糊逻辑模型核算的成果与功放电路模型仿真成果拟合的非常好。
所需的输出功率以及功率增益能够经过公式( 8) ~ ( 10)所示的方程求得:
Vout [ 1]为基波项， sqr为取平方函数， mag为取基波的起伏的函数，电压是峰值因而平方后要除以2，负载接50Ω，接下来对括号里核算的成果取10倍的对数并加30便转化成单位为dBm 的输出功率。
4 定论
( 1)该文用含糊神经网络结构，将功放电路经过HB仿真后得到的数据转化到时域而且树立了稳态模型，模型在频域中核算得到了功放的频谱特性， 功率紧缩特性和增益紧缩特性，充分反映了供方的非线性特性。其间模型核算得到的基波功率与仿真值拟合得很好， 其他次谐波的功率值则与仿真值略有误差。
别的考虑了输入信号为双音信号以及调制信号条件下对电路的建模， 进一步剖析该模型结构在这些条件下用于建模的成果， 成果基本是满足的，可是也出些了少数点的误差，因而模型的精度还有待完善。
( 2)输入双音信号， 对电路进行双音平衡仿真，调查电路的互调失真特性。选用双音平衡仿真得到的输入和输出电压数据，使用上述模型结构进行建模。改动输入功率P1和P2以及主频率得到20组输入输出电压值作为练习数据。P1和P2，-24~ -20dBm，距离1 dBm; 主频率挑选2 45 GHz和2 25 GHz。
测试数据挑选2 45 GHz下， P1 – 19 dBm、P2 – 23dBm输入输出电压数据。建模成果如图7所示。比较得知， (点线代表模型核算值， 实线代表实践仿真值)模型拟合的作用仍是不错的。
( 3)在ADS仿真电路里运用CDMA 调制信号源， 给功放电路参加调制信号， 进行包络仿真， 能够抽取输入信号和输出信号Rea l part和Im part的信息。经过改动输入信号的功率巨细取得10组输入输出Rea l part的数据作为练习数据( – 9~ 9 dBm，距离2 dBm) ， 每组练习数据采样300个点。测试数据选取输入功率为4. 5 dBm 下的一组数据。运用上述办法建模，成果如图8所示。同理，能够提取10组Im part的数据作为练习数据进行建模， 成果如图9所示。经过比较，模型核算成果与实践值基本上是符合的， 其间有少量几个点呈现误差。
图7 双音信号输入条件下电路输出波形
图8 输入功率4. 5 dBm 输出实部波形
图9 输入功率4.5dBm 输出虚部波形
