工程師將測量數據、多級行為模型和仿真工具相結合，以預測復雜射頻和無線系統的實際性能。

現代射頻和無線系統突破了性能、集成度和頻率的極限。隨著設計變得越來越復雜（圖 1），工程師面臨著一個核心問題：當物理組件偏離理想條件時，仿真如何準確預測現實世界的行為？考慮阻抗失配、非線性、耦合和制造變化等缺陷對于確保系統在硬件構建后按預期運行至關重要。

以下部分解決了工程師在使用分層建模、測量數據和對仿真保真度的仔細控制來應對這些挑戰時提出的常見問題。真實世界的例子展示了如何結合行為模型、電磁分析和實驗室測量來產生更可靠的預測、縮短開發時間并提高射頻系統性能。

工程師在運行仿真時如何考慮射頻組件的實際缺陷？
如圖 2 所示，無線通信和雷達系統本質上很復雜，由數百個具有不同行為和交互的互連組件組成。主要挑戰在于平衡模型保真度與計算效率。高保真模型可以捕獲復雜的設備行為，但會顯著增加仿真時間和資源消耗，而低保真模型可以以犧牲準確性為代價實現更快的分析。

為了有效管理這種權衡，必須利用有助于跨多個抽象層導航的建模工具。這些工具使工程師能夠根據分析要求（從高級系統仿真到詳細的電路級分析）有選擇地調整細節級別，從而優化仿真性能和預測精度。這種分層建模方法對于復雜射頻和微波應用中的高效系統設計、驗證和優化至關重要。Otava 波束形成器芯片的數字模型就是一個例子，它使工程師能夠在硬件可用之前測試設計，并演示仿真如何加速開發。這種方法允許在復雜的射頻和微波應用中進行高效的設計、驗證和優化。

您能分享一個示例，說明測量數據如何提高系統級仿真的準確性或可靠性嗎？
在射頻系統設計中，測量數據通常用于增強行為模型的準確性，從而使系統級仿真更加可靠。一個常見的挑戰是，實驗室原型只能涵蓋有限的條件，而仿真需要預測更廣泛的作場景的性能。

圖 3 來自功率放大器 （PA） 和波束形成器的工作。工程師測量時域 I/Q 波形、AM-AM/AM-PM 曲線、天線方向圖和 S 參數，然后使用這些結果構建捕獲設備記憶效應和非線性的行為模型。為確保準確性，根據誤差矢量幅度 （EVM） 測量對模型進行了驗證，這有助于建立模型可信的條件。

借助這些經過驗證的模型，設計人員可以直接在仿真中評估數字預失真 （DPD） 等先進技術，無需多輪硬件原型設計即可測試不同的算法類型、更新速率和硬件權衡。這種方法對于 5G 和衛星通信變得越來越重要，因為這些地方的設計周期很短，僅靠實驗室測試無法捕捉全部作場景。

在使用行為模型對復雜的射頻系統進行建模時，仿真速度和保真度之間的典型權衡是什么？
使用行為模型對復雜射頻系統進行建模的核心權衡是在仿真速度和保真度之間。晶體管級模型可以捕獲細粒度行為，但它們的計算成本很高，并且對于完整的系統分析來說通常不切實際。另一方面，移動到更高級別的抽象會提高速度，但會引起對丟失重要效果的擔憂。

指導原則是特定的損傷或影響是否對系統級性能指標產生有意義的影響。例如，與連續波 （CW） 色調或 S 參數等更簡單的測量相比，模擬誤差矢量幅度 （EVM） 等復雜指標可以更全面地了解非理想性。如果噪聲產生的中間射頻級與早期級相比的影響可以忽略不計，則可以在不降低結果精度的情況下簡化或排除噪聲。

圖 4 顯示了如何通過抽象而不是一對一硬件復制來保持保真度。例如，非線性效應可以在輸出級聚合，噪聲源可以在輸入級合并。這些策略簡化了仿真并減少了運行時間，同時保留了基本的系統行為，使設計人員能夠在速度和保真度之間取得有效的平衡。

哪些常見的建模疏忽會導致實際部署中的性能問題，尤其是在較高頻率下？
可能導致高頻性能問題的常見建模疏忽通常是由于簡化假設或不完整的模型而引起的。

阻抗不匹配就是一個重要的例子。在具有 40-50 個級聯組件（許多具有可調參數）的毫米波系統中，即使是半分貝的微小不匹配也會產生重大影響（圖 5）。假設整個系統的理想 50 Ω匹配可能會導致功率預算不準確，并且在雷達應用中，它可以通過限制發射功率和降低接收器動態范圍來直接縮小檢測范圍，從而可能導致錯過目標或降低可靠性。

耦合和板載泄漏是需要仔細評估的其他因素。雖然電磁 （EM） 仿真對于預測這些影響和指導硬件修復非常強大，但僅依靠硬件調整可能會付出高昂的代價。行為模型允許工程師探索不同的緩解策略，例如將硬件修改與算法補償進行比較。如果不考慮這些影響，可能會導致信號質量下降、系統效率降低以及設計或生產成本增加。

最后，數據源集成不足是另一個常見的疏忽。未能結合測量數據、電磁模擬和算法處理的行為模型可能會遺漏重要的損傷。集成模型提供準確的系統級性能預測，量化特定影響的影響，并指導工程師進行最有效和最具成本效益的設計改進。忽視這種集成可能會導致對系統性能的預測不準確、設計選擇不理想，以及可能代價高昂的重新設計或現場故障。

隨著射頻系統的集成度和復雜性越來越高，真實仿真整個信號鏈的新興最佳實踐是什么？
隨著射頻系統變得更加集成和復雜，工程師們正在采用最佳實踐，以確保仿真反映整個信號鏈中的實際性能。一種關鍵方法是將靜態分析與動態仿真相結合，使工程師能夠驗證假設、發現差異并了解不同條件下的系統行為。

另一個最佳實踐是在多個細節級別構建行為模型，如圖 6 所示。高級模型讓工程師可以快速探索系統性能，而詳細模型則可以捕捉特定組件的細微差別。比較物理方程、電磁仿真和測量數據的結果有助于識別損傷并確認關鍵設計假設。例如，Lifeseeker 系統將手機變成定位信標，對蜂窩信號和環境的廣泛模擬使工程師能夠改進其設計并確保可靠的實際性能。

這種多層策略提高了仿真結果的可信度，加速了設計迭代，能夠及早發現潛在問題，并支持穩健的系統優化。通過集成不同的建模技術和數據源，工程師可以更準確地預測現實世界的性能并做出更好的決策。

準確建模非理想效應對于預測實際射頻和無線系統性能至關重要。通過跨多個抽象級別集成測量數據、電磁分析和行為建模，工程師可以及早評估關鍵權衡，減少硬件迭代，并提高仿真結果的可信度。這種方法可以更快、更可靠地設計先進的無線和雷達系統。