В этом примере используется несколько методов для вычисления частотной характеристики в установившемся состоянии для радиочастотной системы на основе фильтра, построенной из блоков библиотеки RF Blockset™ Circuit Envergy. Первая методика выполняет статический анализ (гармонический баланс) на цепи, состоящей из индукторов и конденсаторов. Второй метод выполняет моделирование во временной области с использованием аналогичной схемы, построенной с помощью блока библиотеки фильтра. Третий способ облегчает анализ малых сигналов для получения частотной характеристики системы фильтрации, которая проявляет нелинейность в данной рабочей точке. Этот пример помогает проверить модель огибающей цепи с помощью статического анализа в частотной области, моделирования временной области и анализа малых сигналов в случаях, когда система демонстрирует нелинейность.
model = 'simrfV2_ac_analysis';
open_system(model);
Система состоит из:
Источник непрерывной волны и последовательный резистор для моделирования источника напряжения с внутренним импедансом источника.
Блоки индуктора и конденсатора, выполненные с возможностью моделирования фильтра Чебышева третьего порядка с центральной частотой 2,4 ГГц.
Блок Outport, сконфигурированный как датчик напряжения для измерения напряжения на нагрузочном резисторе.
Блок конфигурации, который устанавливает среду моделирования огибающей цепи. Поскольку система является линейной, анализ гармонического баланса выполняется с одной частотой моделирования и соответствует анализу переменного тока.
Напечатать open_system('simrfV2_ac_analysis') в командной строке.
Дважды щелкните по блоку «Specify Frequency Values», чтобы задать вектор частот.
Для выполнения сценария дважды щелкните по блоку «Calculate Frequency Response». simrfV2_ac_analysis_callback, который анализирует модель на указанных частотах и строит график отклика.
simrfV2_ac_analysis_callback([model '/Subsystem'], 'OpenFcn');
Конфигурирование модели с блоками библиотеки огибающих цепей для гармонического баланса:
В диалоговом окне Параметры конфигурации модели (Model Configuration parameters) задайте нулевое значение параметра Время остановки (Stop time).
Используйте блок непрерывной волны для управления системой.
Установите для параметра Несущие частоты (Carrier frequences) в блоках Непрерывная волна (Continuous Wave), Исходящий (Outport) и Основной тональный сигнал (Fundamental Tones) в блоке Конфигурация (Configuration) тот же вектор частот.
Закрыть открытую модель
bdclose(model)
model = 'simrfV2_ac_analysis_tf';
open_system(model)
Система состоит из:
Генератор случайного источника, который выдает непрерывный случайный сигнал.
Фильтр Чебышёва, построенный с использованием блока библиотеки «Фильтр» и спроектированный с центральной частотой 2,4 ГГц и полосой пропускания 480 МГц.
Блок оценки дискретной передаточной функции для просмотра выходного сигнала частотной области моделирования временной области.
Анализатор спектра для просмотра выходных данных.
Просмотрите разработанные фильтром параметры, используемые в маске блока фильтра.
Просмотрите реализованный фильтр под маской блока фильтра.
open_system([model '/Filter'],'force')
Смоделировать модель системы переноса.
sim(model,5e-5)
Сравните выходные данные первой и второй модели.
bdclose(model)
model = 'simrfV2_ac_analysis_ss';
open_system(model)
Система состоит из:
Генератор случайного источника, который выдает непрерывный случайный сигнал, который впоследствии ослабляется для обеспечения малого входного сигнала.
Постоянный источник, добавленный к случайному источнику для определения нелинейной рабочей точки. Оба сигнала центрированы на частоте 2,4 ГГц.
Радиочастотная система, содержащая два элемента; Пильный фильтр, построенный с использованием блока библиотеки S-параметров с центральной частотой 2,45 ГГц и полосой пропускания 112 МГц и усилителя с 20dB имеющегося усиления мощности и нелинейности, описанной точкой пересечения 30dBm 3-го порядка.
Блок оценки дискретной передаточной функции для просмотра выходного сигнала частотной области моделирования временной области, измеренного на несущей 2,4 ГГц.
Spectrum Analyzer для просмотра выходных данных и сравнения их с сохраненными выходными данными.
Поскольку переходный сигнал является малым, в то время как рабочая точка определяется на основе сигналов большой постоянной несущей, можно использовать аппроксимацию малого сигнала переходного процесса. В этом приближении нелинейное взаимодействие между переходными сигналами игнорируется, однако нелинейное взаимодействие между сигналами с постоянной несущей и его влияние на малые сигналы фиксируется точно. Анализ малого сигнала включен на вкладке «Дополнительно» маски блока «Конфигурация».
Используя анализ малых сигналов, можно выбрать подмножество полного набора несущих, используемых для решения в установившемся состоянии, для моделирования переходных процессов. В этом примере только 2,4 ГГц представляет интерес для переходного анализа. Уменьшение количества моделируемых носителей, ускоряет моделирование. В этом случае моделирование малого сигнала более чем в 15 раз быстрее, чем полное нелинейное моделирование на основе огибающей схемы. Сравнивая результаты моделирования малого сигнала с результатами моделирования огибающей всей схемы, загруженными из файла, очевидно, что результаты практически идентичны.
sim(model)
При уменьшении мощности рабочей точки в постоянном блоке с 0,5 Вт до нуля система становится фактически линейной. Сравнение кривых иллюстрирует влияние нелинейности на передаточную функцию. Эти эффекты включают уменьшение общей амплитуды из-за сжатия и расширение профиля фильтра на низкочастотной стороне. Расширение может быть объяснено как результат кубического члена в полиномиальной характеристике усилителя, складывающего исходную радиочастотную частоту 2,4 ГГц обратно на себя, но с частотной характеристикой, которая переворачивается вокруг его центральной частоты, поскольку 2,4 ГГц достигается отражением от -2,4 ГГц. Поскольку фильтр Пила центрирован в точке 2.45GHz, откидная частотная характеристика центрирована в точке 2.35GHz. Суммирование эффектов линейных и кубических членов дает расширенный профиль.
bdclose(model)
Людвиг, Рейнгольд и Павел Бретчко, RF Circuit Design: Theory and Applications. Прентис-Холл, 2000.
Масса А. Стивен, нелинейные микроволновые и радиочастотные схемы. Artech House, 2003.
Сравнение параметров моделирования во временной и частотной областях для S-параметров