Модельный усилитель в радиочастотных системах
Радиочастотный блок/оболочка цепи/элементы
Используйте блок «Усилитель» для моделирования линейного или нелинейного усилителя с шумом или без него. Определение коэффициента усиления усилителя с использованием источника данных также определяет визуализацию и моделирование входных данных. Параметры главной вкладки используются для определения коэффициента усиления усилителя и шума с использованием значений спецификации, стандартных s2p файлы, S-параметры или полиномиальные коэффициенты огибающей цепи.
Усилитель реализован в виде полиномиального источника напряжения, управляемого напряжением (VCVS), за исключением случая, когда усиление усилителя получено из Data source. VCVS включает нелинейности, описанные с помощью параметров, перечисленных на вкладке Нелинейность. Для моделирования линейного усиления усилитель реализует соотношение Vout = a1 * Vin между входным и выходным напряжениями. Входное напряжение - Вай (t) = Ай (t) ejωt, и выходное напряжение - Vo (t) = АО (t) ejωt в каждом перевозчике w = 2πf в окружающей среде Blockset™ РФ.
В случае, если усиление усилителя получено от источника данных, реализация усилителя основана на данных S-параметра.
Нелинейное усиление моделируется как многочлен (при этом мощность насыщения вычисляется автоматически). Он также производит дополнительные интермодуляционные частоты.
Source of amplifier gain - Параметр источника усиления усилителяAvailable power gain (по умолчанию) | Open circuit voltage gain | Data source | Polynomial coefficientsПараметр источника усиления усилителя, определяемый одним из следующих параметров:
Available power gain - Доступный параметр усиления мощности используется для вычисления линейного члена усиления напряжения многочлена VCVS, a1. Этот расчет предполагает согласованное окончание нагрузки для усилителя.
Open circuit voltage gain - Параметр усиления напряжения разомкнутой цепи используется в качестве линейного члена усиления напряжения многочлена VCVS, a1.
Data source —
При использовании опции источника данных в качестве входного и выходного импедансов используются S11 и S22. Источники данных указываются с помощью Data file или Network-parameters или Rational model, в зависимости от значения Data source.
Polynomial coefficients - блок реализует нелинейное усиление напряжения согласно заданным полиномиальным коэффициентам;
Available power gain - Доступное усиление мощностиdB (по умолчанию) | скаляр Коэффициент усиления мощности усилителя, заданный как скаляр в дБ. Укажите единицы измерения из соответствующего выпадающего списка.
Чтобы включить этот параметр, выберите Available power gain на вкладке Источник усиления усилителя.
Open circuit voltage gain - Усиление напряжения разомкнутой цепиdB (по умолчанию) | скаляр Напряжение разомкнутой цепи усилителя, указанное как скаляр в дБ. Укажите единицы измерения из соответствующего выпадающего списка.
Чтобы включить этот параметр, выберите Open circuit voltage gain на вкладке Источник усиления усилителя.
Data source - Источник данныхData File (по умолчанию) | Network-parameters | Rational ModelИсточник данных, указанный как один из следующих:
Data file - Имя файла Touchstone с расширением.s2p.
Network-parameters - Предоставление данных параметров сети, таких как S-parameters, Y-parameters, и Z-parameters с соответствующим импедансом частоты и опорного сопротивления (Ом) для усилителя.
Rational model - Укажите значения параметров «Остатки», «Полюса» и «Прямой проход», которые соответствуют уравнению для рациональной модели.
= j2āf
В этом уравнении рациональной модели каждый Ck является остатком полюса Ak. Если Ck является комплексом, необходимо также перечислить соответствующий комплексный сопряженный полюс и остаток. Этот объект имеет свойства C, A, и D. Эти свойства можно использовать для задания параметров «Остатки», «Полюса» и «Прямой проход».
Когда усилитель является нелинейным, нелинейность применяется только к S21 члену параметров рассеяния, представляющих 2-портовый элемент. В этом случае S21 не зависит от частоты, причем его постоянное значение является либо максимальным значением S21, либо S21 значением на рабочей частоте, заданной пользователем. Другие параметры рассеяния, S11, S12 и S22 остаются теми же, что и в линейном случае.
Чтобы включить этот параметр, выберите Data source на вкладке «Источник усиления усилителя».
Polynomial coefficients - Полиномиальные коэффициенты[0 1] (по умолчанию) | векторПорядок многочлена, заданный как вектор.
Порядок многочлена должен быть меньше или равен 9. Коэффициенты упорядочены по возрастающим степеням. Если вектор имеет 10 коэффициентов, [, полином, который он представляет, является:a0,a1,a2, ... a9]
Vout = a0 + a1Vin + a2Vin2 + ... + a9Vin9
где a1 представляет линейный член усиления, и члены более высокого порядка моделируются согласно [1].
Например, вектор [ задает уравнение Vout = a0 + a1V1 + a2V12 + a3V13. Конечные нули опущены. Итак, a0,a1,a2,a3][ определяет тот же полином, что и a0,a1,a2][. Значение по умолчанию этого параметра равно [0,1], что соответствует линейному соотношению Vout = Vin.a0,a1,a2, 0]
Чтобы включить этот параметр, выберите Polynomial coefficients на вкладке «Источник усиления усилителя».
Network parameter type - Тип сетевого параметраS-parameters (по умолчанию) | Y-parameters | Z-parametersТип сетевого параметра, указанный как S-parameters, Y-parameters, или Z-parameters.
Чтобы включить этот параметр, сначала выберите Data source на вкладке «Источник усиления усилителя». Затем выберите Network-parameters на вкладке Источник данных.
Input impedance (Ohm) - Входной импеданс50 (по умолчанию) | скаляр Входной импеданс усилителя, определяемый как скаляр.
Чтобы включить этот параметр, выберите Available power gain, Open circuit voltage gain, или Polynomial coefficients на вкладке «Источник усиления усилителя».
Output impedance (Ohm) - Выходной импеданс50 (по умолчанию) | скаляр Выходной импеданс усилителя, определяемый как скаляр.
Чтобы включить этот параметр, выберите Available power gain, Open circuit voltage gain, или Polynomial coefficients на вкладке «Источник усиления усилителя».
Data file - Имя файла данных параметров сетиsimrfV2_unitygain.s2p (по умолчанию) | символьный векторИмя файла данных параметров сети, указанного как символьный вектор.
Чтобы включить этот параметр, сначала выберите Data source на вкладке «Источник усиления усилителя». Затем выберите Data file в источнике данных.
Frequency (dB) - Частота параметров сети1e9 Hz (по умолчанию) | скаляр | Hz | kHz | MHz | GHzЧастота параметров сети, заданная как скаляр в Гц.
Чтобы включить этот параметр, сначала выберите Data source на вкладке «Источник усиления усилителя». Затем выберите Network-parameters в источнике данных.
Reference Impedance(Ohm) - Эталонный импеданс параметров сети50 (по умолчанию) | скаляр Опорный импеданс параметров сети, заданный как скаляр.
Чтобы включить этот параметр, сначала выберите Data source на вкладке «Источник усиления усилителя». Затем выберите Network-parameters в источнике данных.
Residues - Остатки в порядке рациональной модели0 (по умолчанию) | векторОстатки в порядке рациональной модели, заданные как вектор.
Чтобы включить этот параметр, сначала выберите Data source на вкладке «Источник усиления усилителя». Затем выберите Rational model в источнике данных.
Poles - Остатки в порядке рациональной модели0 (по умолчанию) | векторПолюса в порядке рациональной модели, заданные как вектор.
Чтобы включить этот параметр, сначала выберите Data source на вкладке «Источник усиления усилителя». Затем выберите Rational model в источнике данных.
Direct feedthrough - Прямой проход {0 0:1 0} (по умолчанию) | массив векторовПрямой проход, заданный как вектор массива.
Чтобы включить этот параметр, сначала выберите Data source на вкладке «Источник усиления усилителя». Затем выберите Rational model в источнике данных.
Specify operation frequency - Указать частоту работыon (по умолчанию) | offВыберите этот параметр, чтобы указать частоту операций.
По умолчанию этот параметр не выбран.
Чтобы включить этот параметр, сначала необходимо указать нелинейный Polynomial coefficients в Источнике усиления усилителя. Затем выберите Piece-wise linear илиColored в разделе Распределение шума (Noise distribution) на панели Шум (Noise).
Operation frequency - Рабочая частота0 (по умолчанию) | скаляр | векторРабочая частота, заданная как скаляр или вектор в Гц.
Чтобы включить этот параметр, сначала следует выбрать Указать частоту операций.
Ground and hide negative terminals - Клеммы наземных ВЧ-цепейon (по умолчанию) | offЭта опция используется для заземления и скрытия отрицательных клемм. Снимите этот параметр, чтобы открыть отрицательные клеммы. Открывая эти клеммы, можно соединить их с другими частями модели.
По умолчанию этот параметр выбран.
Nonlinear polynomial type - Тип нелинейностиEven and odd order (по умолчанию) | Odd orderТип нелинейности, указанный как Even and odd order или Odd order.
При выборе Even and odd order, усилитель может создавать частоты интермодуляции второго и третьего порядка в дополнение к линейному члену.
При выборе Odd orderусилитель генерирует только частоты интермодуляции нечетного порядка.
Линейный коэффициент усиления определяет линейный член a1. Блок вычисляет оставшиеся члены из указанных параметров. Этими параметрами являются IP3, 1-dB мощность сжатия коэффициента усиления, выходная мощность насыщения и сжатие коэффициента усиления при насыщении. Заданное количество зависимостей определяет порядок модели. На рисунке показано графическое определение параметров нелинейного усилителя.
Intercept points convention - Соглашение по точкам перехватаOutput (по умолчанию) | InputСоглашение по точкам перехвата, указано Input-ссылка, или Output- ссылочное соглашение. Эта спецификация используется для точек перехвата, 1-dB получения мощности сжатия и мощности насыщения.
IP2 - Точка перехвата второго порядкаinfdBm (по умолчанию) | скаляр | W | mW | dBW | dBmТочка перехвата второго порядка, заданная как скаляр.
Чтобы задать этот параметр, выберите Even and odd order в нелинейном полиномиальном типе.
IP3 - Точка перехвата третьего порядкаinfdBm (по умолчанию) | скаляр | W | mW | dBW | dBmТочка перехвата третьего порядка, заданная как скаляр.
1-dB gain compression power - мощность сжатия 1-dB усиленияinf dBm (по умолчанию) | скаляр | W | mW | dBW | dBm1-dB получить мощность сжатия, заданную как скаляр.
Чтобы задать этот параметр, выберите Odd order в нелинейном полиномиальном типе.
Output saturation power - Мощность насыщения выходного сигналаinf dBm (по умолчанию) | скаляр | W | mW | dBW | dBmВыходная мощность насыщения, заданная как скалярная. Блок использует это значение для вычисления точки насыщения напряжения, используемой в нелинейной модели. При этом первая производная многочлена равна нулю, а вторая производная отрицательная.
Чтобы задать этот параметр, выберите Odd order в нелинейном полиномиальном типе.
Gain compression at saturation - Сжатие усиления при насыщенииinf dBm (по умолчанию) | скаляр | W | mW | dBW | dBmСжатие усиления при насыщении, указанное как скаляр.
Если нелинейный полином имеет тип Odd order, укажите сжатие коэффициента усиления при насыщении.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Odd order в нелинейном полиномиальном типе. Затем измените значение по умолчанию для параметра Выходная мощность насыщения
Specify operation frequency - Указать частоту работыon (по умолчанию) | offВыберите этот параметр, чтобы указать частоту операций.
По умолчанию этот параметр не выбран.
Чтобы включить этот параметр, источник данных должен быть нелинейным или шум должен быть окрашен.
Operation frequency - Рабочая частота0 (по умолчанию) | скаляр | векторРабочая частота, заданная как скаляр или вектор в Гц.
Чтобы включить этот параметр, сначала следует выбрать Указать частоту операций.
Simulate noise - Имитация теплового шумаon (по умолчанию) | offВыберите этот параметр для моделирования шума, как указано в параметрах блока или в файле.
Если шум указан в .s2p файл, затем он используется для моделирования.
Noise type - Тип шумаNoise figure (по умолчанию) | Spot noise dataТип шума, указанный как Noise figure или Spot noise data.
Noise distribution - Распределение шумаWhite (по умолчанию) | Piece-wise linear | ColoredРаспределение шума, указанное как:
White, спектральная плотность - единственное неотрицательное значение. Значение мощности шума зависит от ширины полосы несущей, а ширина полосы зависит от временного шага. Это некоррелированный источник шума.
Piece-wise linearСпектральная плотность является вектором значений [pi]. Для каждой несущей источник шума ведет себя как белый некоррелированный шум. Мощность источника шума зависит от несущей.
Colored, зависит как от несущей, так и от полосы пропускания. Это коррелированный источник шума.
Noise figure (dB) - Показатель шумаЦифра шума, заданная как скаляр в децибелах.
Frequencies - Частотные данные0Hz (по умолчанию) | скаляр | векторЧастотные данные, заданные как скаляр или вектор в герцах.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Piece-wise linear или Colored в распределении шума.
Minimum noise figure (dB) - Минимальный показатель шума0 (по умолчанию) | скаляр | векторМинимальный показатель шума, заданный как скаляр или вектор в децибелах.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Spot noise data в Тип шума.
Optim reflection coefficient - Коэффициент отражения Optim0 (по умолчанию) | скаляр | векторКоэффициент отражения Optim, заданный как скаляр или вектор.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Spot noise data в Тип шума.
Equivalent normalized noise resistance - Эквивалентное нормированное сопротивление шуму0 (по умолчанию) | скаляр | векторЭквивалентное нормированное сопротивление шуму, указанное как скаляр или вектор.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Spot noise data в Тип шума.
Automatically estimate impulse response duration - Автоматическая оценка длительности импульсной характеристикиon (по умолчанию) | offВыберите этот параметр для автоматического вычисления импульсной характеристики для частотно-зависимых шумов. Снимите этот параметр, чтобы вручную задать длительность импульсной характеристики, используя длительность импульсной характеристики. Нельзя задать импульсную характеристику, когда усилитель является нелинейным, так как в этом случае шум моделируется как белый шум.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Colored в распределении шума.
Impulse response duration - Длительность импульсной характеристики1e-10s (по умолчанию) | скалярДлительность импульсной характеристики, используемая для моделирования частотно-зависимого шума, заданного как скаляр в секундах. Импульсную характеристику нельзя задать, если усилитель является нелинейным.
Чтобы задать этот параметр, сначала снимите флажок Автоматически оценивать длительность импульсной характеристики.
Modeling options - S-параметры моделиTime-domain (rationalfit) (по умолчанию) | Frequency-domainS-параметры модели, указанные как:
Метод временной области (рациональфит) создает аналитическую рациональную модель, которая аппроксимирует весь диапазон данных. При моделировании с использованием Time domain, График в Visualization на закладках отображаются данные, определенные в Data Source и значения в rationalfit функция.
Частотная область вычисляет модулирующую импульсную характеристику для каждой несущей частоты независимо. Эта техника основана на свертке. Существует возможность задания длительности импульсной характеристики. Дополнительные сведения см. в разделе Сравнение параметров моделирования во временной и частотной областях для S-параметров.
Для блоков усилителей и S-параметров значением по умолчанию является Time domain (rationalfit). Для блока «Линия передачи» значением по умолчанию является Frequency domain.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Data source в Источнике усиления усилителя. При выборе этой опции активируется вкладка «Моделирование», содержащая опции «Моделирование».
Fitting options - Варианты аппроксимацииFit individually (по умолчанию) | Share poles by column | Share all polesОпции аппроксимации, указанные как Fit individually, Share poles by column, или Share all poles.
Результаты рациональной подгонки показывают значения Количество независимых посадок, Количество требуемых полюсов и Достигнутая относительная ошибка (дБ).
Чтобы задать этот параметр, выберите Time domain (rationalfit) в параметрах моделирования.
Relative error desired (dB) - Относительная погрешность, приемлемая для рационального подбора-40 (по умолчанию) | скалярОтносительная ошибка, приемлемая для рационального вписывания, заданная как скаляр.
Чтобы задать этот параметр, выберите Time domain (rationalfit) в параметрах моделирования.
Automatically estimate impulse response duration - Автоматический расчет импульсной характеристикиon | offВыберите этот параметр для автоматического вычисления импульсной характеристики. Снимите этот параметр, чтобы вручную задать длительность импульсной характеристики, используя длительность импульсной характеристики.
Чтобы задать этот параметр, выберите Frequency domain в параметрах моделирования.
Impulse response duration - Длительность импульсной характеристики1e-10 (по умолчанию) | скалярДлительность импульсной характеристики, заданная как скаляр.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Frequency domain в параметрах моделирования. Затем, очистить Automatically estimate impulse response duration.
Use only S-parameter magnitude with appropriate delay - Использовать только S-параметр с соответствующей задержкойoff (по умолчанию) | onВыберите этот параметр для фазы s-параметра и задерживайте импульсную характеристику на половину ее длины. Этот параметр применим только для данных S-параметра, смоделированных во временной области. Это можно использовать для формирования спектрального содержимого с фильтрующими эффектами, указывая только величину.
Примечание
Этот параметр вводит в систему искусственную задержку.
Source of frequency data - Источник частотных данныхExtracted from data source (по умолчанию) | User-definedИсточник частотных данных, указанный как:
Когда источник частотных данных Extracted from data source, источник данных должен иметь значение Data file. Убедитесь, что указанный файл данных содержит данные о частоте.
Когда источник частотных данных User-specifiedукажите вектор частот в параметре Frequency data. Также укажите единицы измерения из соответствующего выпадающего списка.
Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Data source в Источнике усиления усилителя. Этот выбор активирует закладку «Визуализация», которая содержит источник частотных данных.
Frequency data - Диапазон частотных данных[1e9:1e6:3e9] (по умолчанию) | вектор | Hz | kHz | MHz | GHzДиапазон частотных данных, заданный как вектор
Plot type - Тип графика данныхX-Y plane (по умолчанию) | Polar plane | Z Smith chart | Y Smith chart | ZY Smith chartТип графика данных, который требуется создать с данными, указанными как одно из следующих:
X-Y plane - создание декартова графика данных в зависимости от частоты. Чтобы создать линейные, полулоговые или логарифмические графики, установите шкалу оси Y и шкалу оси X.
Polar plane - создание полярного графика данных. Блок отображает только диапазон данных, соответствующий заданным частотам.
Z smith chart, Y smith chart, и ZY smith chart - Создание диаграммы Смита ®. Блок отображает только диапазон данных, соответствующий заданным частотам.
Parameter 1 - Тип S-параметров для печатиS11 (по умолчанию) | S12 | S21 | S22 | NFТип S-параметров для печати, указанный как S11, S12, S21, или S22. Когда шум является спектральным NF возможна печать.
Parameter 2 - Тип S-параметров для печатиNone (по умолчанию) | S11 | S12 | S21 | S22 | NFТип S-параметров для печати, указанный как S11, S12, S21, или S22. Когда шум является спектральным NF возможна печать.
Format1 - Формат графикаMagnitude (decibels) (по умолчанию) | Angle(degrees) | Real | ImaginaryФормат печати, указанный как Magnitude (decibels), Angle(degrees), Real, или Imaginary.
Format2 - Формат графикаMagnitude (decibels) (по умолчанию) | Angle(degrees) | Real | ImaginaryФормат печати, указанный как Magnitude (decibels), Angle(degrees), Real, или Imaginary.
Y-axis scale - Шкала оси YLinear (по умолчанию) | LogarithmicМасштаб оси Y, указанный как Linear или Logarithmic.
X-axis scale - шкала оси XLinear (по умолчанию) | LogarithmicМасштаб оси X, указанный как Linear или Logarithmic.
Plot - Указанные данные графикаПечать указанных данных с помощью кнопки печати.
[1] Гонсалес, Гильермо. «Усилители СВЧ транзисторов: анализ и проектирование», Энглвуд Клиффс, Н.Дж.: Прентис-Холл, 1984.
[2] Гроб, Зигфрид и Юрген Линднер. "Полиномиальная модель получения нелинейных усилителей, факультет информационных технологий, Университет Ульма, Германия.
[3] Кундерт, Кен. «Точное и быстрое измерение IP 2 и IP 3», The Designer Guide Community, версия 1b, 22 мая 2002 г. http://www.designers-guide.org/analysis/intercept-point.pdf.
[4] Позар, Дэвид М. «Микроволновая инженерия», Хобокен Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья, 2005.
