Базовые знания (шпоры смесителя)

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 «отрогами»). The OpenIF инструмент помогает вам выбрать IF, который избегает, чтобы эти паразитные выходы смесителя мешали выходу смесителя. Выход смесителя характеризуется следующим уравнением:

где:

Желаемым тональным сигналом является только одна из этих выходных частот. Для примера, в смесителе с нисходящей конверсией (т.е. $$F_{in}=F_{RF}$$) с low-side LO (т.е. $$F_{RF}>F_{LO}$$), дело $$N=1$$, $$M=-1$$ представляет требуемый выходной тональный сигнал. То есть:

Все другие комбинации $$N$$ и $$M$$ представляют ложные продукты интермодуляции. Для характеристики этих продуктов интермодуляции используется таблица интермодуляции (IMT).

Базовые знания (таблицы интермодуляции)

IMT предоставляет информацию о количестве степени, произведенной на каждой частоте интермодуляционного продукта. Для точных результатов анализа шпор смесителя, IMT должен быть построен на основе моделируемых или измеренных данных при желаемом входном сигнале и частоте локального генератора и условиях степени. Экстраполяция на другие условия приведет к неточностям.

Вот IMT преобразовывающего вниз смесителя с низкой стороной LO, измеренный в $$F_{in}=F_{RF}=2.1$$ ГГц, $$P_{in}=P_{RF}=-10$$ дБм, $$F_{LO}=1.7$$ ГГц, и $$P_{LO}=7$$ 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

Заметьте, что в промышленных стандартах IMT принято принимать симметрию, а именно:

и программное обеспечение RF Toolbox™ следует этому соглашению.

Если измерение показывает, что на самом деле смеситель является асимметричным, то есть:

невозможно включить эту информацию в IMT отраслевого стандарта. В этой ситуации наиболее распространенным соглашением является создание приблизительной модели путем размещения значения:

в положении $$N,M$$.

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

В IMT, a 0 всегда появляется в таблице в положении $$N=1$$, $$M=1$$, который представляет и требуемый сигнал, и его симметричную пару изображений. Все другие значения заданы в дБк ниже мощности выходного сигнала смесителя на желаемой частоте. (В маловероятном случае рёбра, превышающего степень желаемого, он появится как отрицательное число, величина которого является степенью рёбра в дБк выше желаемого.)

Для примера в IMT выше, в строке $$N=1$$, столбец $$M=3$$, значение IMT 13. RF Toolbox разместит пару симметричных продуктов IM в:

каждый с уровнем степени -13 дБк. Абсолютная степень spur в дБм вычисляется путем вычитания значения IMT dBc из выхода мощности (также в дБм) желаемого тонального сигнала.

По договоренности особое значение 99 означает, что тон при этом индексе незначителен.

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

Требования к проектированию

Найдите свободный IF для приемника. Приемник должен иметь возможность преобразования вниз от трёх отдельных полос RF к тому же (совместно используемому) IF. Чтобы найти центральную частоту IF, которая свободна для всех трех диапазонов RF, ваши требования должны указать центральную частоту RF, полосу пропускания RF и полосу пропускания IF, которая идет с этой 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 у нас должен быть IMT, измеренный для каждой полосы RF. 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 Spur частот с использованием объекта OpenIF

Создайте объект с помощью OpenIF функция. Укажите, что вы проектируете приемник, задав значение свойства 'IFLocation' в 'MixerOutput'.

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

Используйте addMixer способ ввода информации для каждой радиочастотной полосы. Здесь для каждого смесителя принята закачка с низкой стороны, но закачка с высокой стороны может быть опробована позже.

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

Просмотрите результаты текстово 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.
     

Просмотрите результаты графически с помощью show способ.

figure;
show(h);

Интерпретация графических результатов

Рисунок, созданная show метод отображает все соответствующие паразитные области значений частот как цветные горизонтальные прямоугольники. При наличии зон без разбрызгивания (их может и не быть) он будет отображаться как вертикальный зеленый прямоугольник.

В этом примере, как мы видим на рисунке, нет зон без отжима. Легенда в правом верхнем углу подсказывает нам, с каким цветом связан каждый Миксер. Если мы желаем более подробной информации о ложной области, то можем кликнуть по одному из прямоугольников:

Если мы хотим найти свободную зону, нам придется настроить некоторые параметры настройки.

Корректировка свойства смесителя, чтобы найти свободные зоны

В текущей настройке нет доступных зон без разброса. Нам нужно будет настроить некоторые параметры настройки в порядок, чтобы найти зону, свободную от искривления. Значения, изложенные в требованиях проекта (RF Bandwidth, RF Center Frequency и IF Bandwidth), не могут быть изменены. Однако некоторые параметры (такие как изменение инъекций с низкой или высокой стороны) являются проектными решениями. Мы видим, если замена первого смесителя на высокоскоростной впрыск откроет зону без разбрызгивания:

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

Настройка SpurFloor для поиска свободных зон

Если мы хотим использовать инъекцию с низкой стороны во всех смесителях, мы должны найти приемлемые зоны без разбрызгивания, регулируя другие параметры. Здесь мы сбрасываем объект OpenIF во все низкосторонние инъекции, и повторно строим график результатов:

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

Мы замечаем, что есть раздел около 500 МГц, где есть открытие вплоть до примерно -85 дБк. Мы можем найти эту зону, скорректировав SpurFloor свойство:

h.SpurFloor = 85;
show(h);

Ссылки

[1] Даниэль Фария, Лоуренс Данливи и Терье Свенсен. «Использование интермодуляционных таблиц для симуляций смесителей», СВЧ-журнал, том 45, № 4, декабрь 2002 года, стр. 60.