Документация

Спецификации проекта LNA

Спецификации проекта LNA следующие:

Создайте объект rfckt.amplifier и исследуйте усиления мощности усилителя и шумовую фигуру

Создайте объект rfckt.amplifier представлять усилитель, который задан в файле, 'samplelna1.s2p'. analyze усилитель в частотном диапазоне от 2 ГГц до 10 ГГц. plot усиление степени преобразователя (Gt), доступное усиление степени (Ga) и максимальное доступное усиление степени (Gmag).

unmatched_amp = read(rfckt.amplifier, 'samplelna1.s2p');
analyze(unmatched_amp, 2e9:50e6:10e9);
figure
plot(unmatched_amp,'Gmag','Ga','Gt','dB')

Этот пример показывает, как разработать сети соответствия ввода и вывода на уровне 5,2 ГГц, поэтому исследуйте усиления степени на этой частоте. Без сетей соответствия ввода и вывода усиление степени преобразователя на уровне 5,2 ГГц составляет приблизительно 7,2 дБ; это ниже требования усиления 11 дБ в спецификации и меньше, чем доступное усиление степени. Этот усилитель также потенциально нестабилен на уровне 5,2 ГГц, потому что максимальное доступное усиление не существует на уровне 5,2 ГГц.

Постройте измеренную минимальную шумовую фигуру (Fmin) и шумовую фигуру (NF), вычисленный, когда не будет никакой входной сети соответствия. Задайте - область значений оси от 4,9 ГГц до 6 ГГц, где минимальная шумовая фигура измеряется.

plot(unmatched_amp,'Fmin','NF','dB')
axis([4.9 6 1.5 4])
legend('Location','NorthWest')

Когда нет никакой входной сети соответствия, шумовая фигура между 5.10 и 5,30 ГГц выше шумового требования фигуры 2,2 дБ в спецификации.

Постройте усиление, шумовую фигуру и круги устойчивости

И доступное усиление и шумовая фигура являются функциями исходного коэффициента отражения, GammaS. Чтобы выбрать соответствующий GammaS, который обеспечивает подходящий компромисс между усилением и шумом, используйте метод circle объекта rfckt.amplifier поместить постоянное доступное усиление и постоянные шумовые круги фигуры на графике Смита. Как отмечалось ранее, усилитель потенциально нестабилен на уровне 5,2 ГГц. Так, следующая команда circle также помещает круги устойчивости ввода и вывода в график Смита.

fc = 5.2e9;
hsm = smithplot;
circle(unmatched_amp,fc,'Stab','In','Stab','Out','Ga',10:2:20, ...
    'NF',1.8:0.2:3,hsm);
legend('Location','SouthEast')

Включите Data Cursor и нажмите на постоянный доступный круг усиления. Всплывающая подсказка отображает следующие данные:

Ga, NF, GammaOut и ZS являются всеми функциями исходного коэффициента отражения, GammaS. GammaS является комплексным числом, которое соответствует местоположению Data Cursor. Звезда ('* ') и круг в пунктирной линии также появится на графике Смита. Звезда представляет соответствующий коэффициент отражения загрузки (GammaL), который является сопряженным комплексным числом GammaOut. Усиление максимизируется, когда GammaL является сопряженным комплексным числом GammaOut. Круг в пунктирной линии представляет траекторию соответствующего GammaL, когда Data Cursor перемещается в постоянное доступное усиление или шумовой круг фигуры.

Поскольку и S11 и параметры S22 усилителя являются меньше, чем единица в значении, оба ввод и вывод, стабильная область содержит центр графика Смита. В порядке сделать усилитель стабильным, GammaS должен быть во входе, стабильная область и соответствующий GammaL должны быть в выводе стабильной областью. Вывод стабильная область заштрихован в вышеупомянутой фигуре. Однако, когда GammaS, который дает подходящий компромисс между усилением и шумом, найден, соответствующий GammaL всегда выходит за пределы вывода стабильная область. Таким образом, мы должны стабилизировать усилитель сначала.

Стабилизируйте усилитель

Один способ стабилизировать усилитель состоит в том, чтобы расположить каскадом резистор шунта при выводе усилителя. Однако этот подход будет также уменьшать усиление и добавлять шум. В конце примера мы проверим, что полное усиление и шум все еще удовлетворяют требование.

Чтобы найти максимальное значение резистора шунта, которое делает усилитель безусловно стабильным, используйте функцию fzero, чтобы найти значение резистора, которое делает устойчивость MU равный 1. Функция fzero всегда пытается достигнуть значения нуля для целевой функции, таким образом, целевая функция должна возвратить MU-1.

type('lna_match_stabilization_helper.m')

function mu_minus_1 = lna_match_stabilization_helper(propval, fc, ckt, element, propname)
%LNA_MATCH_STABILIZATION_HELPER Return Stability MU-1.
%   MU_MINUS_1 = LNA_MATCH_STABILIZATION_HELPER(PROPVALUE, FC, CKT,
%   ELEMENT, PROPNAME) returns stability parameter MU-1 of a circuit, CKT
%   when the property called PROPNAME of an element, ELEMENT is set to
%   PROPVAL.
%
%   LNA_MATCH_STABILIZATION_HELPER is a helper function of RF
%   Toolbox demo: Designing Matching Networks (Part 1: Networks with an LNA
%   and Lumped Elements).

%   Copyright 2007-2008 The MathWorks, Inc.

set(element, propname, propval)
analyze(ckt, fc);
mu_minus_1 = stabilitymu(ckt.AnalyzedResult.S_Parameters) - 1;

Вычислите параметры для целевой функции и передайте целевую функцию fzero, чтобы получить максимальное значение резистора шунта.

stab_amp = rfckt.cascade('ckts', {unmatched_amp, rfckt.shuntrlc});
R1 = fzero(@(R1) lna_match_stabilization_helper(R1,fc,stab_amp,stab_amp.Ckts{2},'R'),[1 1e5])

R1 =

  118.6213

Найдите GammaS и GammaL

Расположите каскадом резистор на 118 Ом при выводе усилителя и анализируйте каскад. Поместите новое постоянное доступное усиление и постоянные шумовые круги фигуры на графике Смита.

shunt_r = rfckt.shuntrlc('R',118);
stab_amp = rfckt.cascade('ckts',{unmatched_amp,shunt_r});
analyze(stab_amp,fc);
hsm = smithplot;
circle(stab_amp,fc,'Ga',10:17,'NF',1.80:0.2:3,hsm)
legend('Location','SouthEast')

Используйте Data Cursor, чтобы определить местоположение GammaS, где существует подходящий компромисс между усилением и шумом. Пример выбирает GammaS, который дает усиление 14 дБ и шумовую фигуру 1,84 дБ. Вычислите соответствующий GammaL, который является сопряженным комплексным числом GammaOut на всплывающей подсказке.

GammaS = 0.67*exp(1j*153.6*pi/180)

GammaS =

  -0.6001 + 0.2979i

Вычислите нормированный исходный импеданс.

Zs = gamma2z(GammaS,1)

Zs =

   0.2080 + 0.2249i

Вычислите соответствующий GammaL, который равен сопряженному комплексному числу GammaOut.

GammaL = 0.7363*exp(1j*120.1*pi/180)

GammaL =

  -0.3693 + 0.6370i

Вычислите нормированный импеданс загрузки.

Zl = gamma2z(GammaL,1)

Zl =

   0.2008 + 0.5586i

Разработайте входную сеть соответствия Используя GammaS

В этом примере смешанные элементы LC используются, чтобы создать сети соответствия ввода и вывода можно следующим образом:

Входная сеть соответствия состоит из одного шунтирующего конденсатора, Cin, и одного серийного индуктора, Лин. Используйте график Смита и Data Cursor, чтобы найти значения компонента. Для этого запустите путем графического вывода постоянного круга проводимости, который пересекает центр графика Смита и постоянного круга сопротивления, который пересекает GammaS.

hsm = smithplot;
circle(stab_amp,fc,'G',1,'R',real(Zs),hsm);
hsm.GridType = 'YZ';
hold all
plot(GammaS,'k.','MarkerSize',16)
text(real(GammaS)+0.05,imag(GammaS)-0.05,'\Gamma_{S}','FontSize', 12, ...
    'FontUnits','normalized')
plot(0,0,'k.','MarkerSize',16)
hold off

Затем найдите точки пересечения постоянной проводимости и постоянного круга сопротивления. На основе принципиальной схемы выше, должна использоваться точка пересечения в более низкой половине графика Смита. Отметьте его как точка A.

GammaA = 0.6983*exp(1j*(-134.3)*pi/180);
Za = gamma2z(GammaA,1);
Ya = 1/Za;

Определите значение Cin от различия в реактивной проводимости от центра графика Смита к точке A. А именно,

где 50 ссылочный импеданс.

Cin = imag(Ya)/50/2/pi/fc

Cin =

   1.1945e-12

Определите значение Lin от различия в реактивном сопротивлении от точки A до GammaS. А именно,

Lin = (imag(Zs) - imag(Za))*50/2/pi/fc

Lin =

   9.6522e-10

Разработайте Выходную сеть соответствия Используя GammaL

Используйте подход, описанный в предыдущем разделе при разработке входной сети соответствия, чтобы разработать выходную сеть соответствия и получить значения Cout и Lout.

GammaB = 0.7055*exp(1j*(-134.9)*pi/180);
Zb = gamma2z(GammaB, 1);
Yb = 1/Zb;
Cout = imag(Yb)/50/2/pi/fc

Cout =

   1.2194e-12

Lout = (imag(Zl) - imag(Zb))*50/2/pi/fc

Lout =

   1.4682e-09

Проверьте проект

Создайте сети соответствия ввода и вывода. Расположите каскадом входную сеть соответствия, усилитель, резистор шунта и выходную сеть соответствия, чтобы создать LNA.

input_match = rfckt.cascade('Ckts', ...
    {rfckt.shuntrlc('C',Cin),rfckt.seriesrlc('L',Lin)});
output_match = rfckt.cascade('Ckts', ...
    {rfckt.seriesrlc('L',Lout),rfckt.shuntrlc('C',Cout)});
LNA = rfckt.cascade('ckts', ...
    {input_match,unmatched_amp,shunt_r,output_match});

Анализируйте LNA вокруг частотного диапазона проекта и постройте доступное и усиление степени преобразователя. Доступными и усилением степени преобразователя на уровне 5,2 ГГц являются оба 14 дБ как предназначенный проект. Усиление степени преобразователя выше 11 дБ в частотном диапазоне проекта, который удовлетворяет требование в спецификации.

analyze(LNA,5.05e9:10e6:5.35e9);
plot(LNA,'Ga','Gt','dB');

Постройте шумовую фигуру вокруг частотного диапазона проекта. Шумовая фигура ниже 2,2 дБ в частотном диапазоне проекта, который также удовлетворяет требование в спецификации. Шумовая фигура LNA на уровне 5,2 ГГц на приблизительно 0,1 дБ выше того из усилителя (1,84 дБ), который демонстрирует добавленный шум резистором шунта.

plot(LNA,'NF','dB')

Доступный метод разработки усиления часто используется в соответствии LNA. Существуют другие методы разработки для других устройств. Во второй части примера - Разрабатывающий Соответствие с Сетями (Часть 2: Одна Тупиковые Линии передачи), одновременный сопряженный пример соответствия представлен.