В этом примере моделируется ослабление сигнала, вызванное радиочастотным фильтром, путем сравнения сигналов на входе и выходе фильтра.
Радиочастотный фильтр, используемый в этом примере, представляет собой полосовой фильтр LC с полосой пропускания 200 МГц, центрированный на частоте 700 МГц. Трехтональный входной сигнал используется для стимулирования диапазона внутриполосных и внеполосных частот фильтра. Входной сигнал имеет следующие тональные сигналы:
700 МГц - центр фильтра
600 МГц - нижний край полосы пропускания фильтра
900 МГц - вне полосы пропускания фильтра
Вы имитируете эффекты фильтра на полосе пропускания 500 МГц.
В этой части примера выбираются блоки для представления входного сигнала, радиочастотного фильтра и отображения сигнала.
Радиочастотный фильтр моделируется с помощью физической подсистемы, которая представляет собой коллекцию из одного или нескольких физических блоков, заключенных в квадратные скобки блоком «Входной порт» и блоком «Выходной порт». Подсистема радиочастотного фильтра состоит из блока LC Bandpass Pi и блоков Input Port и Output Port. Функция блоков «Входной порт» и «Выходной порт» состоит в соединении физической части модели, в которой используются двунаправленные радиочастотные сигналы, и остальной части модели, в которой используются однонаправленные сигналы Simulink ®.
В следующей таблице перечислены блоки, представляющие компоненты системы, и описание роли каждого блока.
Блок | Описание |
|---|---|
| Синусоидальная волна | Генерирует трехканальный сигнал. |
| Сумма матрицы | Объединяет трехканальный сигнал в один трехтональный исходный сигнал. |
| Входной порт | Устанавливает параметры, которые характерны для всех блоков в подсистеме фильтра РФ, включая исходный импеданс подсистемы, которая привыкла к сигналам новообращенного Симулинка к Blockset™ РФ Эквивалентная Основная полоса частот физическая окружающая среда моделирования. |
| LC Bandpass Pi | Моделирует ослабление сигнала, вызванное РЧ-фильтром, который в данном примере является LC-полосовым Pi-фильтром. |
| Выходной порт | Устанавливает параметры, общие для всех блоков в подсистеме радиочастотного фильтра. Эти параметры включают импеданс нагрузки подсистемы, который используется для преобразования радиочастотных сигналов в сигналы Simulink. |
| Анализатор спектра | Отображает сигналы на входе и выходе фильтра. |
В этой части примера создается модель Simulink, добавляются блоки к модели и соединяются блоки.
Создайте модель с блоками, показанными в следующей таблице. Столбец «Библиотека» таблицы указывает иерархический путь к каждому блоку.
Блок | Путь к библиотеке | Количество |
|---|---|---|
| Синусоидальная волна | Панель инструментов системы DSP > Источники | 1 |
| Сумма матрицы | Панель системных инструментов DSP > Математические функции > Матрицы и линейная алгебра > Операции с матрицами | 1 |
| Анализатор спектра | Панель инструментов системы DSP > Раковины | 2 |
| Входной порт | RF Blockset > Эквивалентная модулирующая полоса > Эквивалентная модулирующая полоса > Порты ввода/вывода | 1 |
| LC Bandpass Pi | RF Blockset > Эквивалентная полоса частот > Лестничные фильтры | 1 |
| Выходной порт | RF Blockset > Эквивалентная модулирующая полоса > Порты ввода/вывода | 1 |
Подключите блоки, как показано на следующем рисунке.
Дополнительные сведения о подключении физических и математических блоков см. в разделе Подключение блоков модели.
Теперь можно задать параметры блока.
В этой части примера задаются следующие параметры для представления поведения компонентов системы:
Вы генерируете сигнал трехтонального источника, используя два блока. Блок синусоидальной волны используется для генерации комплексного трехканального сигнала, где каждый канал соответствует различной частоте. Затем используется блок Matrix Sum для объединения каналов в один трехтональный сигнал источника. Без этого блока сигнал во всех последующих блоках будет иметь три независимых канала.
Алгоритм моделирования RF Blockset Equivalent Baseband требует сдвига частот входного сигнала. Программное обеспечение моделирует подсистему фильтра, используя метод комплексного моделирования полосы частот, который автоматически сдвигает отклик фильтра и центрирует его на нуле. Необходимо сдвинуть частоты сигналов за пределы физической подсистемы на ту же величину.
Дополнительные сведения о комплексном моделировании базовой полосы см. в разделе Создание комплексной модели базовой полосы-эквивалента.
Примечание
Все сигналы в модели РЧ должны быть сложными, чтобы соответствовать сигналам в физической подсистеме, поэтому создается сложный входной сигнал.
Центральная частота полосового фильтра LC составляет 700 МГц, поэтому используется трехтональный исходный сигнал с тонами, которые на 700 МГц ниже фактических тонов, на частоте -100 МГц, 0 МГц и 200 МГц соответственно.
В диалоговом окне «Синусоидальный блок»:
Установите для параметра Amplitude значение 1e-6.
Установите для параметра Frequency (Hz) значение [-100 0 200]*1e6.
Задайте для параметра сложности вывода значение Complex.
Задайте для параметра Sample time значение 1/500e6.
Задайте для параметра Samples per frame значение 128 .
В диалоговом окне Блок суммы матрицы (Matrix Sum Block) выполните следующие действия.
Задайте для параметра Sum over значение Specified dimension.
Задайте для параметра «Размер» значение 2.
В этой части примера конфигурируются блоки, моделирующие подсистему РЧ-фильтра - блоки Input Port, LC Bandpass Pi и Output Port.
Установите параметры блока «Входной порт» следующим образом:
Рассматривать входной сигнал Simulink как = Incident power wave
Эта опция позволяет блоку интерпретировать входной сигнал как падающую волну мощности для RF-подсистемы, а не напряжение источника RF-подсистемы.
Примечание
Если для этого параметра используется значение по умолчанию, программа интерпретирует входной сигнал Simulink как напряжение источника. В результате источник и нагрузка, моделирующие блоки входного порта и выходного порта соответственно, вводят 6 дБ потерь в физическую систему на всех частотах. Дополнительные сведения о причинах этой потери см. в заметке в разделе Преобразование в сигналы Simulink и из них.
Центральная частота = 700e6
Время выборки = 1/500e6
Обработка входных данных = Columns as channels (frame based)
Снимите флажок Добавить шум, чтобы программа не включала шум в моделирование. Сведения о моделировании шума см. в разделе Шум модели.
Примечание
Необходимо ввести время (и) выборки, поскольку блок порта ввода не наследует время выборки из входного сигнала. Указанное время выборки должно соответствовать времени выборки входного сигнала. Время (и) выборки 1/500e6 вторая, используемая в этом примере, эквивалентна полосе пропускания 500 МГц.
Примите параметры по умолчанию для индуктивности и емкости в блоке LC Bandpass Pi. Эти параметры создают фильтр с требуемой полосой пропускания 200 МГц, центрированный на частоте 700 МГц.
Примите параметры по умолчанию для блока выходного порта, чтобы использовать импеданс нагрузки 50 Ом.
В этой части примера указывается следующее:
Установите параметры анализатора спектра следующим образом:
На вкладке Вид (View) выберите Параметры спектра (Spectrum Settings). В Trace options задайте для параметра Units значение dBm.
На вкладке Вид откройте Свойства конфигурации. Задайте для параметра Minimum Y-limit значение -291 и параметр Maximum Y-limit to -67. Также задайте для параметра метки оси Y значение dBm.
Установите параметры Spectrum Analyzer 1 следующим образом:
На вкладке Вид (View) выберите Параметры спектра (Spectrum Settings). В Trace options задайте для параметра Units значение dBm.
На вкладке Вид откройте Свойства конфигурации. Задайте для параметра Minimum Y-limit значение -291 и параметр Maximum Y-limit to -67. Также задайте для параметра метки оси Y значение dBm.
В этой части примера проверяется поведение блока фильтра LC Bandpass Pi путем построения графика его частотной характеристики, а затем выполняется моделирование.
Примечание
При построении графика информации о физическом блоке на графике отображается фактическая частотная характеристика блока в выбранной полосе пропускания (т.е. отклик на несдвинутых частотах), а не отклик на сдвинутых частотах. Дополнительные сведения об этом сдвиге см. в разделе Параметры входного сигнала.
Дважды щелкните блок LC Bandpass Pi, чтобы открыть диалоговое окно блока.
Выберите вкладку Визуализация (Visualization) и нажмите кнопку График (Plot), чтобы построить график частотной характеристики фильтра. Это строит график величины S21 как функции частоты, которая представляет усиление фильтра.
Коэффициент усиления фильтра
Примечание
Физические блоки моделируют только полосу частот вокруг центральной частоты физической подсистемы. Необходимо выбрать время выборки и центральную частоту так, чтобы все важные частотные характеристики вашей физической подсистемы попадали в этот диапазон частот. График показывает частотную характеристику фильтра для части радиочастотного спектра, которую модель физических блоков. В этом примере физические блоки моделируют полосу 500-MHz, центрированную на частоте 700 МГц, как определено блоком «Входной порт».
В окне модели щелкните Выполнить (Run), чтобы запустить моделирование.
В этой части примера анализируются результаты моделирования. Этот раздел содержит следующие разделы:
Исходный сигнал и отфильтрованный сигнал можно просмотреть в окне Spectrum Analyzer во время работы модели. Эти окна появляются автоматически при запуске моделирования.
Spectrum Analyzer блоки отображают сигналы на сдвинутых (эквивалентных модулям) частотах, а не на выбранных частотах полосы пропускания. Можно перемаркировать оси X Spectrum Analyzer окна для отображения сигнала полосы пропускания путем ввода значения параметра Center frequency 700e6 (из блока «Входной порт») для параметра «Смещение отображения частоты» (Гц) на вкладке «Свойства оси» Spectrum Analyzer диалоговые окна блоков. Дополнительные сведения о комплексном моделировании базовой полосы см. в разделе Создание комплексной модели базовой полосы-эквивалента.
Spectrum Analyzer блоки отображают спектральную плотность мощности, нормированную к единичной частоте дискретизации. Чтобы отобразить мощность на канал, вставьте блок усиления с параметром усиления, равным 1/sqrt(N) перед каждым Spectrum Analyzer блок. N - количество каналов. Блок усиления находится в библиотеке Simulink > Часто используемые блоки.
В этом примере: N является 128 (значение параметра Samples per frame блока Sine Wave, 128).
Примечание
Сигналы эквивалентной основной полосы RF-блоков представляют амплитуды, а не напряжения. Это означает, что в продукте мощность определяется как:
2
На следующем графике показан входной сигнал радиочастотного фильтра, указанный в блоке синусоидальной волны.
Вход в радиочастотный фильтр
На следующем графике показан отфильтрованный сигнал. Обратите внимание, что РЧ-фильтр не ослабляет сигнал на центральной частоте.
Ослабленный выход радиочастотного фильтра
После моделирования радиочастотной модели можно оценить поведение физической подсистемы, выведя на график сетевые параметры блока «Выходной порт».
Примечание
При построении графика информации о физической подсистеме на графике отображается фактическая частотная характеристика подсистемы в выбранной полосе пропускания (т.е. отклик на несдвинутых частотах), а не отклик на сдвинутых частотах.
Чтобы понять частотную характеристику фильтра, изучите S-параметры как функцию частоты для подсистемы РЧ-фильтра на составном графике.
Откройте диалоговое окно блока «Выходной порт», дважды щелкнув блок.
Выберите вкладку Визуализация (Visualization) и нажмите кнопку Печать (Plot).
Составной график, показанный на следующем рисунке, содержит четыре отдельных графика на одном рисунке. Для блока «Выходной порт» составной график показывает следующее как функцию частоты (против часовой стрелки от верхнего левого графика):
График плоскости X-Y величины коэффициента усиления фильтра, S21, в децибелах.
График плоскости X-Y фазы коэффициента усиления фильтра, S21, в градусах.
Z-диаграмма Смита, показывающая действительную и мнимую части коэффициента отражения фильтра, S11.
График полярной плоскости, показывающий величину и фазу коэффициента отражения фильтра, S11.
Примечание
В этом примере отклик подсистемы фильтра совпадает с откликом блока фильтра, поскольку подсистема содержит только блок фильтра.
