A Letter to Chinese Reader
Dear readers，
My co-authors and I highly appreciate your interest in our book on X-parameters. We are honoured by the fact that the book is now available in Mandarin. The short term goal of this book is to demystify X-parameter technology and to introduce its use to the RF and microwave engineers.
But even more important is the goal on the long term. We hope that this book inspires you to perform further research in the field of measurements and modelling for high-frequency active devices.
It has been a long journey from inventing X-parameters to having the book on the topic published in the People's Republic of China. I presented the first paper on the technology in October 1996 at the 4th International Workshop on Integrated Nonlinear Microwave and Millimeterwave Circuits (Duisburg, Germany). This milestone paper was entitled "Black Box Modelling of Power Transistors in the Frequency Domain". It introduced the necessary theory, hardware and software to make X-parameters work: a theory on linearization coefficients for multi-harmonic spectral mapping operators, a hardware setup with the capability to measure the phase of harmonics and to excite the device-under-test simultaneously with large signal as well as small signal tones (now available as the NVNA option for the PNA-X of Keysight Technologies), and a software link to run the resulting behavioural model in a harmonic balance simulator environment (now available in the Advanced Design System simulator available from Keysight Technologies). Several conference and journal papers soon followed. In 2001 I was offered the opportunity to present this work at the Harbin Institute of Technology (HIT). I was received with the utmost honour by Prof. Lin Mao Liu and his colleagues and I have fond memories from my trip to the People's Republic of China. A couple of years later my co-authors, their colleagues at Agilent Technologies and myself started development efforts towards a commercial product. In 2008 the technology was commercially introduced by Agilent Technologies under the name "X-parameters" (registered trademark of Keysight Technologies). By that time information on the technology was scattered across many different scientific papers. Throughout the years many different naming conventions and mathematical notations had been used to explain and even extend the technology. As such there was a need for a book as a single complete, actual and coherent source of information. The book was first published in 2013. In 2015 we were honoured to learn that there was a demand to translate the book into Mandarin. We are very grateful to Prof. Lin Mao Liu for providing help with this effort and for finding and correcting a couple of minor errors that went undetected in the original English edition.
We wish you a great reading and a very successful continuation of your career in electrical engineering!
Dr. Jan Verspecht, IEEE Fellow
致中國讀者的一封信
親愛的讀者：
欣聞X參數一書的中文版即將出版，我們深感榮幸。本人及合著同仁借此機會，對關心此書的各位讀者致以衷心的感謝。
編撰此書的最初目的旨在向射頻和微波工程師揭開X參數技術的神秘面紗並介紹其功能。但是我們更看重的長遠目標是：希望此書能夠激發讀者在高頻有源器件的測量和建模領域中創造出更多的研究成果。
從發明X參數到在中國用中文出版此書經歷了漫長的過程。本人於1996年10月在德國杜伊斯堡舉行的第四屆集成非線性微波與毫米波電路國際研討會上發表了第一篇關於該技術的論文。這篇裡程碑式的論文的題目是Black Box Modelling of Power Transistors in the Frequency Domain。該論文提出了進行X參數研究時所必要的理論、硬件和軟件：關於多諧波頻譜映射算子的線性化繫數理論；一種具有能同時用大信號和小信號激勵被測器件和測量諧波相位能力的硬件裝置［現在作為是德科技有限公司（2014年成立於原安捷倫科技電子測量事業部，現獨立運營）的PNA-X的NVNA選件］；在諧波平衡仿真環境下運行得到最終行為模型的軟件鏈接［現可從是德科技有限公司的先進設計繫統（ADS）仿真器中獲得］。不久之後，發表了一繫列的會議和期刊論文。
2001年，我非常榮幸地收到了哈爾濱工業大學（HIT）林茂六教授及其同仁的訪問邀請。這為我提供了一次在哈爾濱工業大學介紹該成果的機會。那次中國之旅給我留下了美好的回憶。
幾年之後，本書的合著者和他們在安捷倫科技公司的同事以及本人開始致力於商用產品開發。2008年，安捷倫科技有限公司以“X參數”命名（現為是德科技有限公司注冊商標）將這項技術做商業化推介。此時，有關這項技術的信息發表在多個不同的科技論文中。多年來，許多不同的命名慣例和數學符號被用於解釋甚至擴充這項技術。鋻於此，需要一本書作為唯一完整的、準確的、條理清晰的信息源頭。本書英文版於2013年出版。2015年，我們很榮幸地獲悉，有把這本書翻譯成中文的需求。
我們對林茂六教授為此所做出的努力以及他發現並更正了在英文原版書中被疏忽的若干小錯誤，深表感激。
祝願你們閱讀愉快並在電氣工程中更成功地譜寫自己的職業生涯。
Jan Verspecht博士，IEEE會士
譯 者 序
正像20世紀70年代S參數曾使線性射頻和微波電路工程發生革命性的變革一樣，今天X參數將使非線性射頻和微波電路工程設計發生更為深刻的革命性變革。
本書是英國劍橋大學出版社出版的射頻和微波工程繫列圖書之一。
本書的撰稿人共4位。他們都是原安捷倫科技有限公司Worldwide Process and Technology中心的科學家，David E. Root和Jan Verspecht又都是IEEE會士，是非線性射頻件及其子繫統的新規範——X參數的原創發明者。這一發明從理念提出、模型建立、測量平臺構建、模型有效性檢驗、工程應用到專著出版經歷了17年。中國有句古語叫“十年磨一劍”。而X參數的發明可謂“二十年磨一劍”！
全書共6章。第1章對線性S參數理論進行簡明回顧。第2章至第4章由淺入深、繫統地介紹在大信號單音激勵下，表征射頻和微波二端口網絡諧波失真的靜態非線性X參數的基本理論、數學形式及參數（能量相互轉換）的物理意義，X參數與傳統的S參數的相互聯繫，靜態X參數測量與仿真平臺和模型參數的提取方法，在射頻微波功率器件和無線基站設計中的應用實例。第5章繫統地介紹在大信號雙音（two-tone）和多音（multi-tone）激勵下，表征射頻和微波多端口網絡（如調制解調器）互調失真的靜態非線性X參數的基本理論、數學形式及參數（能量相互轉換）的物理意義。第6章介紹如何將靜態非線性X參數擴展到考慮了射頻微波器件強非線性和長期記憶效應的動態非線性X參數理論、實驗方案、模型記憶核辨識實例及有效性檢驗手段，並介紹消除或降低記憶效應的射頻微波功率器件和無線基站設計中的應用實例。
本書內容新穎、理論嚴謹、應用背景明確、條理清晰、圖文並茂。所有圖表和曲線都能很好地幫助讀者理解物理概念，所用數學難度適中。本書既注重基本原理和基本理論的闡述，又注重實驗測量與實踐應用的相結合，其應用實踐與現代通信技術的研發聯繫十分緊密。因此，這是一部學習X參數理論基礎的權威著作。對推動我國電氣工程高年級本科生或研究生教學改革，提升從事射頻微波工程和現代通信技術前沿研究的研發人員、工程師、科學家的創新能力有重要參考價值。
在翻譯過程中，譯者對原著中的極少數筆誤和疏漏之處進行了修正。為了保留英文原版的寫作風格，防止增加不必要的錯誤，本書的部分符號與原著保持一致。
本書由林茂六教授翻譯第1章、第6章和附錄A、C、D、瀟博士翻譯第4章和第5章，盧鑫博士翻譯第2章，孫金龍博士翻譯第3章和附錄B。林茂六教授負責全書的審校。
完成這種全新理論專著翻譯的挑戰大大超越了我們的預想。為此，在翻譯過程中，為盡量確保譯文精準，我們曾致函本專著第二作者、譯者的老朋友Jan Verspecht 博士，就一些非線性X參數的新概念、新思想和某些精巧實驗方案設計予以請教，Jan Verspecht 博士都及時為我們解答。更讓我們高興的是，在本書中文版即將出版之際，他於百忙中，抽時間專門為中文讀者寫了一封熱情洋溢的致讀者信。在此，謹致以最衷心的感謝！
鋻於時間倉促、譯者水平有限，譯文中錯誤與不妥之處在所難免，敬祈廣大讀者批評指正，不勝感謝。
前 言
在高頻上對於非線器件表征、建模和設計的嚴謹而實用的理論框架的需求已經是刻不容緩的事實了。通信革命正無情地迫使有源器件進入越來越強的非線性工作區工作。為了功率，延長電池壽命，且使冷卻設備最小化，人們不得不追求更高的效率以應對越來越嚴峻的壓力與挑戰。所謂的非線性意味著必須研發新的測量儀器設備、新的模型和新的設計方法學，這些遠遠超越了線性S參數的框架。可喜的是，如今有了一種可交互操作並將這項難題無縫地組合於一體的新規範，這種規範稱為X參數 ，而X參數正是本書所論及的全部內容。
本書將對X參數做綜合性介紹。本書的目標是面向具有較廣基礎知識的讀者。這是一項相當具有挑戰性的任務。本書面向微波工程師、器件模型工程師和科學家，開發仿真算法的CAE（計算機輔助工程）專家，以及研發用於非線性寬範圍表征應用的新一代高速儀器的微波及RF的專業人士。
X參數這種內在的多個學科的特性是讓我們試圖吸引更廣大讀者的主要原因。過去幾年由產業界采納的基於X參數的多種實用解決方案都與這些領域有關。考慮到讀者的多樣性，我們選擇了這樣一種順序來引入主題：以眾所周知的時不變線性理論，即S參數的簡要回顧作為本書的開篇，選擇為多數讀者所熟悉的背景來介紹更多的新概念，這對於本書的其他讀者來說將是有益的。第2章介紹X參數，它是基於在諧波頻率柵格（grid）上定義的多音非線性頻譜映射來展開的，並對有關時不變的應用與受限情況進行了詳盡描述。第3章對X參數的簡便且實用的形式進行了一般的簡化討論。這種簡便形式是基於應用頻譜線性理論的，即一種有用的近似方法，從而大大降低了X參數形式的復雜性而又能滿足實際應用。進而對這些最簡單的X參數舉出幾個實例說明其功能、實用性和相對簡單性。在頻譜近似中，對共軛項的來源也進行了討論。第4章集中介紹如何測量X參數，以及從電路仿真的廣度如何計算（生成）X參數，還對主要儀器——非線性矢量網絡分析儀（NVNA）的功能框圖進行了介紹，並對使用脈衝發生器相位參考來獲得關鍵X參數量值的測量用途做了評述。由於在處理許多混頻器設計中，帶相位的互調分量以及功率放大器作為輸入功率，和由於大的失配產生的反射電氣信號返回進入該器件所產生的大信號響應，都必須涉及，這超過了第3章中頻譜線性化的近似，故第5章論及將X參數的處理擴展到多個大信號與多個端口。最後，第6章將X參數的處理擴展到動態“記憶效應”，例如，在實際高速器件對寬帶通信信號的響應中呈現的重要現像。本書附有若干個附錄，包括了對書中某些部分的進一步闡述、公式推演、標準符號和標記的定義等，可作為在此領域的科技工作者的參考資料。
本書也適合作為電氣工程專業高年級本科生或研究生教材。事實上，我們認為：將X參數作為電氣工程總課程的標準內容組成部分非常必要。本書對於跨越電氣專業，致力於對各種非線性繫統的應用進行嚴謹而實用的基礎研究的應用數學家和應用科學家也有很好的參考價值。
本書讀者所需的背景知識包括一學年的微積分學、基本電路理論和簡單的傅裡葉分析。對於具有電子功率放大器與晶體管、S參數基礎、差分方程、電路設計和仿真初步知識的讀者，本書會非常有幫助。
