Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Гармонический баланс — это метод, используемый для вычисления установившегося отклика нелинейных дифференциальных уравнений и преимущественно применяемый к нелинейным электрическим цепям. Это метод частотной области для вычисления установившегося состояния, в отличие от различных методов установившегося состояния во временной области. Название «гармонический баланс» отражает суть метода, который начинается с закона Кирхгофа, записанного в частотной области, и выбранного числа гармоник. Синусоидальный сигнал, подаваемый на нелинейный элемент в системе, генерирует гармоники основной частоты. По сути, метод исходит из предположения, что решение можно представить в виде линейной комбинации синусоид, а затем балансирует синусоиды тока и напряжения для удовлетворения закону Кирхгофа. Метод обычно используется для моделирования цепей, содержащих нелинейные элементы, и наиболее эффективен для систем с обратной связью, в которых возникают предельные циклы. Микроволновые схемы были первым применением методов гармонического баланса в электротехнике. Микроволновые схемы хорошо подходили для этого, поскольку исторически они состояли из множества линейных элементов, которые можно было непосредственно представить в частотной области, а также из небольшого числа нелинейных элементов. Размеры систем обычно были небольшими. Для более общих цепей метод считался непрактичным для всех, кроме очень маленьких цепей, до середины 1990-х годов, когда к решению проблемы были применены методы подпространств Крылова. Использование предобусловленных методов подпространств Крылова позволило решать гораздо более крупные системы как по размеру цепи, так и по числу гармоник. Это сделало возможным современное использование методов гармонического баланса для анализа радиочастотных интегральных схем (RFIC).
Harmonic balance is a method used to calculate the steady state response of nonlinear differential equations, and is mostly applied to nonlinear electrical circuits. It is a frequency domain method for calculating the steady state, as opposed to the various time domain steady state methods. The name "harmonic balance" is descriptive of the method, which starts with Kirchhoff's Current Law written in the frequency domain and a chosen number of harmonics. A sinusoidal signal applied to a nonlinear component in a system will generate harmonics of the fundamental frequency. Effectively the method assumes a linear combination of sinusoids can represent the solution, then balances current and voltage sinusoids to satisfy Kirchhoff's law. The method is commonly used to simulate circuits which include nonlinear elements, and is most applicable to systems with feedback in which limit cycles occur. Microwave circuits were the original application for harmonic balance methods in electrical engineering. Microwave circuits were well suited because, historically, microwave circuits consist of many linear components which can be directly represented in the frequency domain, plus a few nonlinear components. System sizes were typically small. For more general circuits, the method was considered impractical for all but these very small circuits until the mid 1990s, when Krylov subspace methods were applied to the problem. The application of preconditioned Krylov subspace methods allowed much larger systems to be solved, both in the size of the circuit and in the number of harmonics. This made practical the present day use of harmonic balance methods to analyze radio frequency integrated circuits (RFICs).