В этом примере показано, как использовать RF Blockset, чтобы измерить Усиление и Шумовую фигуру системы RF в данной спектральной области значений.
Пример требует DSP System Toolbox™.
В этом примере описан метод для измерения зависимого частотой усиления и шумовой фигуры системы RF. Эти спектральные свойства измеряются для двух систем RF; один Низкий Шумовой Усилитель и тот же усилитель, когда соответствующий. Модель, используемую для измерения, показывают ниже:
model = 'GainNoiseMeasurementExample';
open_system(model);
Модель имеет два модуля измерения, каждый соединенный с различной подсистемой, содержащей DUT. Верхний модуль измерения соединяется с несопоставленным LNA в подсистеме DUT с желтым фоном:
open_system([model '/DUT Unmatched']);
Более низкий модуль измерения соединяется с совпадающим LNA в подсистеме DUT с синим фоном:
open_system([model '/DUT Matched']);
Каждый модуль измерения выводит два векторных сигнала, представляющие спектры Усиления и Шумовую фигуру соответствующего DUT, и те введены в два Графика Массивов (DSP System Toolbox) блоки, которые строят вышеупомянутые свойства по сравнению с частотой, сравнивая несопоставленные и совпадающие системы DUT. В следующих разделах описан соответствующий процесс проектирования сети, результаты симуляции даны и по сравнению с ними ожидаемыми от LNA и соответствия с сетевыми свойствами. Наконец, процедура, используемая в модулях измерения, чтобы получить спектральное Усиление и Шумовые результаты, объяснена.
Соответствующая сеть, используемая в совпадающей подсистеме DUT, включает одноступенчатую сеть L-C, которая спроектирована, выполнив ту же процедуру как та, описанная в Сетях Соответствия Разработки RF Toolbox в качестве примера для Низких Шумовых Усилителей. Поскольку LNA, используемый здесь, отличается, проект описан ниже
Первоначально, rfckt.amplifier
объект создается, чтобы представлять базирующийся низкий шумовой усилитель Биполярного транзистора Гетероперехода, который задан в файле, 'RF_HBT_LNA.S2P'. Затем circle
метод rfckt.amplifier
объект используется, чтобы поместить постоянное доступное усиление и постоянные шумовые круги фигуры на графике Смита, и выбрать соответствующий исходный коэффициент отражения, GammaS, который обеспечивает подходящий компромисс между усилением и шумом. Значение GammaS выбранные выражения доступное усиление Ga=21dB и шумовая фигура NF=0.9dB на центральной частоте fc=5.5GHz:
unmatched_amp = read(rfckt.amplifier, 'RF_HBT_LNA.S2P'); fc = 5.5e9; % Center frequency (Hz) circle(unmatched_amp,fc,'Stab','In','Stab','Out','Ga',15:2:25, ... 'NF',0.9:0.1:1.5); % Choose GammaS and show it on smith chart: hold on GammaS = 0.411*exp(1j*106.7*pi/180); plot(GammaS,'k.','MarkerSize',16) text(real(GammaS)+0.05,imag(GammaS)-0.05,'\Gamma_{S}','FontSize', 12, ... 'FontUnits','normalized') hLegend = legend('Location','SouthEast'); hLegend.String = hLegend.String(1:end-1); hold off
Для выбранного GammaS могут быть получены следующие свойства:
% Normalized source impedance: Zs = gamma2z(GammaS,1); % Matching |GammaL| that is equal to the complex conjugate of % |GammaOut| shown on the data tip: GammaL = 0.595*exp(1j*135.0*pi/180); % Normalized load impedance: Zl = gamma2z(GammaL,1);
Входная сеть соответствия состоит из одного шунтирующего конденсатора, Cin, и одного серийного индуктора, Лин. График Смита используется, чтобы найти значения компонента. Для этого, постоянный круг проводимости, который пересекает центр графика Смита и постоянного круга сопротивления, который пересекает GammaS
построены и точки пересечения (Точка) найден:
[~, hsm] = circle(unmatched_amp,fc,'G',1,'R',real(Zs)); hsm.Type = 'YZ'; % Choose GammaA and show points of interest on smith chart: hold on 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) GammaA = 0.384*exp(1j*(-112.6)*pi/180); plot(GammaA,'k.','MarkerSize',16) text(real(GammaA)+0.05,imag(GammaA)-0.05,'\Gamma_{A}','FontSize', 12, ... 'FontUnits','normalized') hLegend = legend('Location','SouthEast'); hLegend.String = hLegend.String(1:end-3); hold off
Используя выбранный GammaA, получены входные компоненты сети соответствия, Син и Лин:
% Obtain admittance Ya corresponding to GammaA: Za = gamma2z(GammaA,1); Ya = 1/Za; % Using Ya, find Cin and Lin: Cin = imag(Ya)/50/2/pi/fc Lin = (imag(Zs) - imag(Za))*50/2/pi/fc
Cin = 4.8145e-13 Lin = 1.5218e-09
Подобным образом выходные компоненты сети соответствия получены с помощью точек пересечения (Точка) между постоянным кругом проводимости, который пересекает центр графика Смита и постоянного круга сопротивления, который пересекает GammaL
:
[hLine, hsm] = circle(unmatched_amp,fc,'G',1,'R',real(Zl)); hsm.Type = 'YZ'; % Choose GammaB and show points of interest on smith chart: hold on plot(GammaL,'k.','MarkerSize',16) text(real(GammaL)+0.05,imag(GammaL)-0.05,'\Gamma_{L}','FontSize', 12, ... 'FontUnits','normalized') plot(0,0,'k.','MarkerSize',16) GammaB = 0.612*exp(1j*(-127.8)*pi/180); plot(GammaB,'k.','MarkerSize',16) text(real(GammaB)+0.05,imag(GammaB)-0.05,'\Gamma_{B}','FontSize', 12, ... 'FontUnits','normalized') hLegend = legend('Location','SouthEast'); hLegend.String = hLegend.String(1:end-3); hold off
Используя выбранный GammaB, получены входные компоненты сети соответствия, Cout и Мужлан:
% Obtain admittance Yb corresponding to GammaB: Zb = gamma2z(GammaB, 1); Yb = 1/Zb; % Using Yb, find Cout and Lout: Cout = imag(Yb)/50/2/pi/fc
Cout = 8.9651e-13
Lout = (imag(Zl) - imag(Zb))*50/2/pi/fc
Lout = 1.2131e-09
Вышеупомянутая сеть ввода и вывода значения компонента используется в симуляции совпадающего DUT в усилении и шумовой модели измерения спектра фигуры, описанной ранее. Спектральные результаты, отображенные в блоках Графика Массивов, приведены ниже:
open_system([model '/Gain Spectrum']); open_system([model '/Noise Figure Spectrum']); sim(model, 1e-4);
Затем результаты симуляции по сравнению с ожидаемыми аналитически. Чтобы упростить сравнение, несопоставленные и совпадающие сети усилителя анализируются с помощью RF Toolbox. Кроме того, когда более прекрасные детали требуются, симуляция запущена в течение более длительного времени. Результаты более длительной симуляции даны в файле 'GainNoiseResults.mat'.
% Analyze unmatched amplifier BW_analysis = 2e9; % Bandwidth of the analysis (Hz) f_analysis = (-BW_analysis/2:1e6:BW_analysis/2)+fc; analyze(unmatched_amp, f_analysis); % Create and analyze an RF network for the matched amplifier 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)}); matched_amp = rfckt.cascade('ckts', ... {input_match,unmatched_amp,output_match}); analyze(matched_amp,f_analysis); % Load results of a longer simulation load 'GainNoiseResults.mat' f GainSpectrum NFSpectrum; % Plot expected and simulated Transducer Gain StdBlue = [0 0.45 0.74]; StdYellow = [0.93,0.69,0.13]; hLineUM = plot(unmatched_amp, 'Gt', 'dB'); hLineUM.Color = StdYellow; hold on plot(f, GainSpectrum(:,1), '.', 'Color', StdYellow); hLineM = plot(matched_amp, 'Gt', 'dB'); hLineM.Color = StdBlue; plot(f, GainSpectrum(:,2), '.', 'Color', StdBlue); legend({'G_t analysis - Unmatched', ... 'G_t simulation - Unmatched', ... 'G_t analysis - Matched', ... 'G_t simulation - Matched'}, 'Location','SouthWest'); % Plot expected and simulated Noise Figure hFig = figure; hLineUM = plot(unmatched_amp, 'NF', 'dB'); hLineUM.Color = StdYellow; legend('Location','NorthWest') hold on plot(f, NFSpectrum(:,1), '.', 'Color', StdYellow); hLineM = plot(matched_amp, 'NF', 'dB'); hLineM.Color = StdBlue; plot(f, NFSpectrum(:,2), '.', 'Color', StdBlue); legend({'NF analysis - Unmatched', ... 'NF simulation - Unmatched', ... 'NF analysis - Matched', ... 'NF simulation - Matched'}, 'Location','NorthWest');
Модуль измерения производит входной сигнал, DUT_in, который состоит из нулевого среднего белого шума и сигнала импульсной характеристики нулевого отклонения. Последний используется, чтобы решить, что частотная характеристика усиления DUT и вместе с белым шумом определяет шумовую фигуру DUT. Модуль измерения собирает выходной сигнал DUT, выполняет оконный БПФ на нем и затем упрощает статистические вычисления, чтобы получить усиление и шумовую фигуру DUT.
open_system([model '/Noise and Gain Measurement'], 'force');
Статистические вычисления сделаны в области, отмеченной синим. Вычисления используют три входных параметров в частотном диапазоне; Введите Шум Только, Входной сигнал Только и Выходной сигнал. Входной сигнал Только по сравнению со средним значением Выходного сигнала, чтобы определить усиление DUT в каждом интервале частоты. Отклонение Выходного сигнала, со средним удаленным сигналом, дает к выходному шуму системы DUT, Вместе с входным шумом, питаемым DUT, вычисленный путем взятия отклонения Входного Шума Только, Шумовой фигуры, может быть вычислен с помощью следующей формулы:
Где, и в вышеупомянутом уравнении Отношения сигнал-шум при вводе и выводе DUT. Наконец, после преобразования в децибелы, спектральные результаты разделены на интервалы и усреднены в них, чтобы упростить более быструю сходимость. Кроме того, чтобы улучшить шумовую сходимость вычисления, выходное отклонение шума сбрасывается, если усиление достигло сходимости.
Свойства, влияющие на операцию модуля измерения, заданы в диалоговом окне параметра маски блока как показано ниже:
Эти параметры описаны ниже:
Шаг расчета - Шаг расчета сигнала создается модулем измерения. Шаг расчета также управляет общей пропускной способностью симуляции, полученной модулем измерения.
Размер БПФ - Количество интервалов БПФ раньше получало представление частотного диапазона сигналов в модуле измерения.
Бета окна Кайзера - параметр окна Кайзера используется во всех вычислениях БПФ в модуле измерения. Увеличение расширяет mainlobe и уменьшает амплитуду боковых лепестков частотной характеристики окна.
Отношение покрытия спектра - Значение между 0 и 1, представляя часть общей пропускной способности симуляции обрабатывается модулем измерения.
Количество интервалов - Количество выходных интервалов частоты в Усилении и сигналах NF создается модулем измерения. Интервалы БПФ в покрытом спектре перераспределены в те выходные интервалы. Усреднены несколько интервалов БПФ, попадающих в тот же выходной интервал.
Отношение среднего сигнала к шуму RMS - отношение средней амплитуды сигнала к шуму RMS в сигнале DUT_in создается модулем измерения. Большое значение улучшает сходимость вычисления усиления DUT, но уменьшает точность шумового вычисления из-за числовых погрешностей.
Получите допуск - порог изменения усиления относительно его среднего значения. Когда порог поражен, усиление рассматривается, как сходился, инициировав сброс для выходного вычисления шума.
close(hFig); bdclose(model); clear model hLegend hsm hLine hLegend StdBlue StdYellow hLineUM hLineM hFig; clear GammaS Zs GammaL Zl GammaA Za Ya GammaB Zb Yb; clear unmatched_amp BW_analysis f_analysis input_match output_match matched_amp;
Усилитель | Настройка | Inport | Выходной порт