Фоновые знания (смесители)

При преобразовании из RF в IF (приемник) или из IF в RF (передатчик) используется смеситель. К сожалению, смесители нелинейны и их выходы содержат энергию на нежелательных частотах (мы называем эти нежелательные выходы «шпорами»). OpenIF инструмент помогает выбрать IF, который позволяет избежать влияния этих ложных выходов смесителя на выход смесителя. Выход смесителя характеризуется следующим уравнением:

где:

Только одна из этих выходных частот является требуемым тональным сигналом. Например, в смесителе понижающего преобразования (т.е. $${}_{\mathrm{Fin}}{=}_{}$$FRF) с низкой стороной LO (т.е$${.}_{}{\mathrm{FRF}}_{>}$$FLO) $$\mathrm{случай}$$N $$=1$$, M = -1 представляет желаемый выходной тон. То есть:

Все другие комбинации $$N$$ и $$М$$ представляют ложные интермодуляционные продукты. Для характеристики этих интермодуляционных продуктов используется таблица интермодуляций (IMT).

Фоновые знания (таблицы интермодуляций)

IMT предоставляет информацию о количестве энергии, генерируемой на каждой частоте интермодуляционного продукта. Для получения точных результатов анализа подстегов смесителя IMT должен быть построен на основе смоделированных или измеренных данных при требуемом входном сигнале, частоте гетеродина и условиях мощности. Экстраполяция на другие условия приведет к неточностям.

Вот IMT смесителя с понижающим преобразованием с низкой стороной LO, измеренный при $${}_{\mathrm{Fin}}{=}_{}\mathrm{FRF}\mathrm{=}$$ 2,1 $${}_{\mathrm{ГГц},}{}_{\mathrm{Pin}}=\mathrm{}\mathrm{}$$PRF = -$${}_{\mathrm{10}}\mathrm{}дБм\mathrm{,}$$ FLO = 1,7 $${}_{}ГГц\mathrm{}$$и PLO = 7 дБм.

     ! Element (N,M) gives power of |N*Fin+M*Flo| in dBc
     ! Top indices give M =
     ! Left-hand indices give N =
      %0  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11 12 13 14 15
 0%   99 26 35 39 50 41 53 49 51 42 62 51 60 47 77 50
 1%   24 0  35 13 40 24 45 28 49 33 53 42 60 47 63
 2%   73 73 74 70 71 64 69 64 69 62 74 62 72 60
 3%   67 64 69 50 77 47 74 44 74 47 75 44 70
 4%   86 90 86 88 88 85 86 85 90 85 85 85
 5%   90 80 90 71 90 68 90 65 88 65 85
 6%   90 90 90 90 90 90 90 90 90 90
 7%   90 90 90 90 90 87 90 90 90
 8%   99 95 99 95 99 95 99 95
 9%   90 95 90 90 90 99 90
10%   99 99 99 99 99 99
11%   90 99 90 95 90
12%   99 99 99 99
13%   90 99 90
14%   99 99
15%   99

Обратите внимание на то, что согласно отраслевым стандартам IMT допускается симметрия, а именно:

и программное обеспечение RF Toolbox™ следует этому соглашению.

Если измерение показывает, что фактически смеситель асимметричен, то есть:

эта информация не может быть учтена в стандарте IMT. В этой ситуации наиболее распространенным соглашением является построение приблизительной модели путем размещения значения:

в положении $$N,$$М.

Таким образом, стандартные в отрасли IMT в целом и RF Toolbox в частности будут чрезмерно оценивать мощность одной шпоры в каждой паре асимметричных шпор.

В IMT, a 0 всегда появляется в таблице в положении $$N\mathrm{=}$$1$$,\mathrm{M}$$= 1, которое представляет как требуемый сигнал, так и его симметричную пару изображений. Все остальные записи указаны в dBc ниже мощности выходного сигнала смесителя на требуемой частоте. (В маловероятном случае, когда шпора находится выше мощности желаемого, она будет выглядеть как отрицательное число, величина которого является мощностью шпоры в dBc выше желаемой.)

Например, в приведенном выше IMT в строке $$N\mathrm{=}$$1, $$\mathrm{столбце}\mathrm{M}$$= 3 значение IMT равно13. RF Toolbox разместит пару симметричных продуктов IM в:

каждый с уровнем мощности -13 дБк. Абсолютная мощность шпоры в дБм вычисляется вычитанием значения IMT dBc из выходной мощности (также в дБм) требуемого тона.

По условию особая ценность 99 означает, что тон при этом индексе ничтожен.

Для получения дополнительной информации о таблицах интермодуляции см. [1].

Требования к конструкции

Найдите безшпорный IF для приемника. Приемник должен иметь возможность преобразования с понижением частоты из трех отдельных полос RF в один и тот же (совместно используемый) IF. Чтобы найти центральную частоту IF, которая свободна для всех трех диапазонов RF, необходимо указать центральную частоту RF, полосу пропускания RF и полосу пропускания IF, которая соответствует конкретной RF:

% RF band 1
RFCF1 = 2400e6; % 2.4 GHz
RFBW1 = 200e6;  % 200 MHz
IFBW1 = 20e6;   %  20 MHz

% RF band 2
RFCF2 = 3700e6; % 3.7 GHz
RFBW2 = 250e6;  % 250 MHz
IFBW2 = 20e6;   %  20 MHz

% RF band 3
RFCF3 = 5400e6; % 5.4 GHz
RFBW3 = 250e6;  % 250 MHz
IFBW3 = 50e6;   %  50 MHz

Далее мы должны иметь IMT, измеренный для каждого RF диапазона. Предположим, что вы протестировали и измерили смесители, которые вы планируете использовать, со следующими результатами:

IMT1 = [99  0 21 17 26;
        11  0 29 29 63;
        60 48 70 86 41;
        90 89 74 68 87;
        99 99 95 99 99];
    
IMT2 = [99  1  9 12 15;
        20  0 26 31 48;
        55 70 51 70 53;
        85 90 60 70 94;
        96 95 94 93 92];
    
IMT3 = [99  2 11 15 16;
        27  0 16 41 55;
        25 61 66 65 47;
        92 83 66 77 88;
        97 94 91 92 99];

Поиск свободных от отрыва частот с помощью объекта OpenIF

Создайте объект с помощью OpenIF функция. Укажите, что вы проектируете приемник, установив для свойства «» IFLocation «» значение «» ExecutingOutput «».

h = OpenIF('IFLocation', 'MixerOutput');

Используйте addMixer способ ввода информации для каждого радиочастотного диапазона. Здесь для каждого смесителя предполагается впрыск на низкой стороне, но впрыск на высокой стороне может быть опробован позже.

addMixer(h,IMT1, RFCF1, RFBW1, 'low', IFBW1);
addMixer(h,IMT2, RFCF2, RFBW2, 'low', IFBW2);
addMixer(h,IMT3, RFCF3, RFBW3, 'low', IFBW3);

Просмотр результатов текстуально с помощью report способ.

report(h);

     Intermediate Frequency (IF) Planner
     IF Location: MixerOutput
     
     -- MIXER 1 --
     RF Center Frequency: 2.4 GHz
     RF Bandwidth: 200 MHz
     IF Bandwidth: 20 MHz
     MixerType: low
     Intermodulation Table:   99   0  21  17  26
                              11   0  29  29  63
                              60  48  70  86  41
                              90  89  74  68  87
                              99  99  95  99  99
                            
     -- MIXER 2 --
     RF Center Frequency: 3.7 GHz
     RF Bandwidth: 250 MHz
     IF Bandwidth: 20 MHz
     MixerType: low
     Intermodulation Table:   99   1   9  12  15
                              20   0  26  31  48
                              55  70  51  70  53
                              85  90  60  70  94
                              96  95  94  93  92
                            
     -- MIXER 3 --
     RF Center Frequency: 5.4 GHz
     RF Bandwidth: 250 MHz
     IF Bandwidth: 50 MHz
     MixerType: low
     Intermodulation Table:   99   2  11  15  16
                              27   0  16  41  55
                              25  61  66  65  47
                              92  83  66  77  88
                              97  94  91  92  99
                            
     There are no spur-free zones.
     The best attainable spur-free zone has a SpurFloor of 87.
     

Просмотр результатов в графическом виде с помощью show способ.

figure;
show(h);

Интерпретация графических результатов

Фигура, созданная show отображает все соответствующие ложные частотные диапазоны в виде цветных горизонтальных прямоугольников. При наличии зон, свободных от шпор (их может не быть), они отображаются в виде вертикального зеленого прямоугольника.

В этом примере, как видно на рисунке, отсутствуют зоны, свободные от шпор. Легенда в верхнем правом углу сообщает нам, с каким цветом связан каждый микшер. Если мы хотим получить более подробную информацию о ложном регионе, мы можем нажать на один из прямоугольников:

Если мы хотим найти зону, свободную от шпор, нам придется скорректировать некоторые параметры настройки.

Настройка свойства микшера для поиска зон, свободных от шпоры

В текущей настройке отсутствуют свободные от шпоры зоны. Нам нужно будет скорректировать некоторые параметры настройки, чтобы найти свободную зону. Значения, изложенные в проектных требованиях (RF Bandwidth, RF Center Frequency и IF Bandwidth), не могут быть изменены. Тем не менее, некоторые параметры (такие как изменение впрыска с низкой или высокой стороны) являются проектными решениями. Мы можем увидеть, если замена первого смесителя на инъекцию с высокой стороны откроет зону, свободную от шпоры:

h.Mixers(1).MixingType = 'high';
figure;
show(h);

Настройка SpurFloor для поиска зон, свободных от шпоры

Если мы хотим использовать инжекцию с низкой стороны во всех смесителях, мы должны найти приемлемые зоны, свободные от шпора, путем корректировки других параметров. Здесь мы сбрасываем объект OpenIF на все низкоуровневые инъекции и пересчитываем результаты:

h.Mixers(1).MixingType = 'low';
figure;
show(h);

Мы замечаем, что есть участок около 500 МГц, где есть проем вплоть до примерно -85 dBc. Мы можем найти эту зону, настроив SpurFloor свойство:

h.SpurFloor = 85;
show(h);

Ссылки

[1] Даниэль Фариа, Лоуренс Данливи и Терье Свенсен. «Использование таблиц интермодуляции для моделирования смесителей», Микроволновый журнал, том 45, № 4, декабрь 2002 года, стр. 60.