随着仿真工具和仿真技术的进步,近年来我国在雷达电讯领域数字化样机/虚拟样机方面取得了较大进展。但由于有源微波器件准确建模难度大、耗时长,雷达系统中一般采用理想模型来表征微波器件特性。这使得实际系统中的噪声、非线性、杂散和时延等特性不能被准确描述,从而导致系统仿真结果和实测结果差异较大。故目前雷达系统仿真大多侧重于算法层面验证,而很难做到对整个系统性能的精确描述。因此,快速、准确构建有源微波器件模型已经成为系统仿真中急需解决的问题。由于功率放大器非线性强,对系统性能影响大,是有源微波器件建模的重点和难点。从系统仿真的角度,只要求模型能够根据输入信号反馈相应的输出,因此可以用行为模型来表征功率放大器。目前国内外研究机构对微波功率放大器行为模型的研究侧重于使用高阶数学表达式对器件特性进行描述,让模型具备更全面的特性表征能力,从而获得更高的精度。然而这需要复杂的参数提取平台和提取流程,使得行为模型建模难以被普及。对此,本文提出了K参数模型及其提取方法。该方法不仅能够描述输入/输出端存在一定失配时的微波功率放大器非线性响应,并且能够低成本、快速的对器件进行测量建模,可加快行为模型的推广和应用。本文主要研究内容如下:(1)K参数行为模型及其参数提取技术。目前对具备负载牵引能力的行为模型进行参数提取时,除信号采集仪器外,还需要额外配备负载牵引设备,这增加了模型提取成本及复杂度。考虑到功率放大器大信号工作点的主要影响因素是基波负载,将输出端基波入射波作为模型的输入变量之一,进行K参数的推导。在K参数提取过程中,输出端基波入射波的幅度和相位都将进行改变,可以等效为基波负载阻抗在发生变化,从而提取的行为模型具备一定负载牵引能力。进一步地,针对现有行为模型提取平台较为复杂,建模测试成本较高的问题,提出一种仿真和测试相结合的K参数建模方法。该方法可基于商用微波仿真软件建立K参数提取平台,或采用商用非线性矢量网络分析仪及少量附件来实现非线性测试和参数提取。同时,由于测试平台中不含隔离器等窄带器件,使用的驱动放大器带宽仅需要覆盖被测件基波频段,该平台适用于宽带功率放大器行为模型提取。(2)矢量信号叠加效应及入射波信号恢复算法。矢量校准的场景是测试设备的一个端口输出激励信号,其余端口和匹配负载连接。在K参数测试时,输入输出端口会同时激励大信号,而由于阻抗失配及耦合器隔离度有限等因素,耦合器记录到的入射波是激励信号和干扰信号的矢量叠加,使用矢量校准不能分离出这两信号。对大信号工作时矢量叠加产物产生机理进行原理分析后,根据K参数提取流程特点,提出入射波信号恢复算法。新方法能够在不增加测试步骤的前提下,恢复输入输出端的入射波信号。(3)负载牵引蜂窝取点方法。针对现有负载牵引扇形取点方法在史密斯圆图中取点均匀性较差的问题,借鉴蜂窝结构,提出蜂窝取点方法。新方法能够在不增加取点数量的前提下,均匀覆盖整个史密斯圆图区域,从而提高行为模型精度。将蜂窝取点方法应用到负载相关X参数及K参数模型提取中,和扇形取点方法相比,该方法获得的模型归一化均方误差均有一定程度降低。(4)K参数模型级联特性分析。在系统仿真中,功率放大器会和其他器件进行连接,这需要模型具备级联仿真能力。针对大多模型研究仅对器件本身特性进行分析的现状,对K参数模型从源牵引和负载牵引两方面进行理论分析,推导出K参数能够根据前后级联电路阻抗作出正确响应,即具备级联仿真能力。通过仿真、测试手段验证K参数在连续波、调制信号激励下的级联仿真能力。K参数模型级联仿真结果和负载相关X参数模型级联仿真结果精度相当,而K参数提取平台更为简单、模型提取成本更低。(5)二端口器件K参数表征方法。现有限幅器、倍频器等基于放大器非线性特性的二端口器件多采用紧凑模型进行表征,模型提取难度大、时间长。通过分析系统仿真对这些二端口器件模型需求,挑选出对应的关键指标,并调整K参数输出反射波展开阶数来对器件进行精确表征。针对限幅器裸片进行测试,提取基波K参数模型,仿真结果和器件手册吻合度较高;针对太赫兹倍频器芯片电路,提取K参数模型并和电路模型进行仿真比对,反射波平均相对误差为1.5%。通过K参数对二端口器件进行建模,能够快速、准确的提取器件关键特性。