Супергетеродинный приемник, использующий приложение RF Budget Analyzer
Этот пример показов, как создать супергетеродинный приемник и проанализировать бюджет RF получателя на коэффициент усиления, рисунка шума и IP3 с помощью приложения RF Budget Analyzer. Приемник является частью системы передатчик-приемник, описанной в конференц-бумагах IEEE, [1] и [2].
Введение
Разработчики RF-систем начинают процесс проекта с бюджетной спецификации на то, сколько усиления, шумового рисунка (NF) и нелинейности (IP3) должна удовлетворять вся система. Чтобы гарантировать выполнимость архитектуры, смоделированной как простой каскад элементов RF, конструкторы вычисляют как относительные, так и каскадные значения усиления, шумового рисунка и IP3 (третья точка перехвата).
Используя приложение RF Budget Analyzer, можно:
Создайте каскад элементов RF.
Вычислите относительные и каскадные выходы степени, усиления, рисунка шума, ОСШ и IP3 системы.
Экспортируйте значения по этапам и каскадные значения в MATLAB™ рабочую область.
Экспорт разработки системы в RF Blockset для симуляции.
Экспортируйте разработку системы в RF Blockset измерения testbench как подсистему DUT (тестируемое устройство) и проверьте результаты, полученные с помощью приложения.
Архитектура системы
Архитектура системы приемника, разработанная с использованием приложения, такова:
Пропускная способность приемника составляет от 5,825 ГГц до 5,845 ГГц.
Создайте супергетеродинный приемник
Можно создать все компоненты супергетеродинного приемника с помощью командной строки MATLAB и просмотреть анализ с помощью приложения RF Budget Analyzer.
Первыми компонентами в архитектуре системы супергетеродинных приемников являются антенна и TR-переключатель. Мы заменяем антенный блок эффективной степенью, достигающей переключателя.
1. Система использует переключатель TR, чтобы переключаться между передатчиком и приемником. Коммутатор добавляет в систему потерю 1,3 дБ. Создайте TRSwitch с коэффициентом усиления -1,3 дБ и OIP3 37 дБм. Чтобы соответствовать результатам бюджета РФ из ссылки [1], рисунок шума принимается равным 2,3 дБ.
elements(1) = rfelement('Name','TRSwitch','Gain',-1.3,'NF',2.3,'OIP3',37);
2. Чтобы смоделировать RF-полосно-пропускающий фильтр, используйте rffilter для разработки фильтра. Из примера Design IF Butterworth Bandpass Filter, импеданс нагрузки фильтра определяется как 132,986 Ом. Но для расчета бюджета каждый этап внутренне прекращается на 50 Ом. Поэтому для достижения потерь на вставку 1 дБ входа импеданс, Zin следующего элемента, т.е. усилителя, устанавливается на 132,896 Ом.
Fcenter = 5.8e9; Bwpass = 20e6; Z = 132.986; elements(2) = rffilter('ResponseType','Bandpass', ... 'FilterType','Butterworth','FilterOrder',6, ... 'PassbandAttenuation',10*log10(2), ... 'Implementation','Transfer function', ... 'PassbandFrequency',[Fcenter-Bwpass/2 Fcenter+Bwpass/2],'Zout',50, ... 'Name','RF_Filter');
S-параметры для этого фильтра не идеальны и автоматически вставляет потерю приблизительно -1dB в систему.
3. Используйте amplifier объект для моделирования Low Noise Amplifier блок с усилением 15 дБ, рисунком шума 1,5 дБ и OIP3 26 дБм.
elements(3) = amplifier( 'Name','LNA','Gain',15,'NF',1.5,'OIP3',26, ... 'Zin',Z);
4. Моделируйте Gain блок с усилением 10,5 дБ, рисунком шума 3,5 дБ и OIP3 23 дБм.
elements(4) = amplifier( 'Name','Gain','Gain',10.5,'NF',3.5,'OIP3',23);
5. Приемник преобразует частоту RF вниз на частоту IF 400 МГц. Используйте modulator создать блок Демодулятор с частотой LO (Локальный Генератор) 5,4 ГГц, усилением -7 дБ, рисунком шума 7 дБ и OIP3 15 дБм.
elements(5) = modulator('Name','Demod','Gain',-7,'NF',7,'OIP3',15, ... 'LO',5.4e9, 'ConverterType','Down');
6. Чтобы смоделировать RF-полосно-пропускающий фильтр, используйте rffilter для разработки фильтра.
Fcenter = 400e6; Bwpass = 5e6; elements(6) = rffilter('ResponseType','Bandpass', ... 'FilterType','Butterworth','FilterOrder',4, ... 'PassbandAttenuation',10*log10(2), ... 'Implementation','Transfer function', ... 'PassbandFrequency',[Fcenter-Bwpass/2 Fcenter+Bwpass/2],'Zout',50, ... 'Name','IF_Filter');
S-параметры для этого фильтра не идеальны и автоматически вставляет потерю приблизительно -1dB в систему.
7. Моделируйте IF Amplifier блок с усилением 40 дБ и шумовым рисунком 2,5 дБ.
elements(7) = amplifier( 'Name','IFAmp','Gain',40,'NF',2.5,'Zin',Z);
8. Как видно из ссылок, приемник использует блок AGC (Automatic Gain Control), где коэффициент усиления изменяется с доступным уровнем входной степени. Для входа степени -80 дБ коэффициент усиления AGC составляет максимум 17,5 дБ. Используйте блок Amplifier, чтобы смоделировать AGC. Моделируйте AGC блок с усилением 17,5 дБ, рисунком шума 4,3 дБ и OIP3 36 дБм.
elements(8) = amplifier('Name','AGC','Gain',17.5,'NF',4.3,'OIP3',36);
9. Вычислите rbudget супергетеродинного приемника с помощью следующего System Parameters: 5,8 ГГц для Input frequency, -80 дБ для Available input powerи 20 МГц для Signal bandwidth. Замените антенный элемент на эффективный Available input power который, по оценкам, составляет -66 дБ, достигая TRswitch
superhet = rfbudget( 'Elements',elements,'InputFrequency',5.8e9, ... 'AvailableInputPower',-66,'SignalBandwidth',20e6)
superhet =
rfbudget with properties:
Elements: [1x8 rf.internal.rfbudget.Element]
InputFrequency: 5.8 GHz
AvailableInputPower: -66 dBm
SignalBandwidth: 20 MHz
Solver: Friis
AutoUpdate: true
Analysis Results
OutputFrequency: (GHz) [ 5.8 5.8 5.8 5.8 0.4 0.4 0.4 0.4]
OutputPower: (dBm) [-67.3 -67.3 -53.3 -42.8 -49.8 -49.8 -10.8 6.7]
TransducerGain: (dB) [ -1.3 -1.3 12.7 23.2 16.2 16.2 55.2 72.7]
NF: (dB) [ 2.3 2.3 3.531 3.657 3.693 3.693 3.728 3.728]
IIP2: (dBm) []
OIP2: (dBm) []
IIP3: (dBm) [ 38.3 38.3 13.29 -0.3904 -3.824 -3.824 -3.824 -36.7]
OIP3: (dBm) [ 37 37 25.99 22.81 12.38 12.38 51.38 36]
SNR: (dB) [32.66 32.66 31.43 31.31 31.27 31.27 31.24 31.24]
Просмотрите анализ в приложении RF Budget Analyser.
show(superhet);
10. Приложение отображает каскадные значения, такие как: выходная частота приемника, выходная степень, усиление, шумовой рисунок, OIP3 и ОСШ (Signal-to-Noise-Ratio).
11. Приложение RF Budget Analyzer сохраняет модель в формате MAT-файла.
График усиление каскадного преобразователя и каскадный шум Фигуры
1. Постройте график усиления каскадного преобразователя приемника с помощью функции, rfplot
rfplot(superhet,'GainT')
view(90,0)
2. Постройте график рисунка каскадного шума приемника.
rfplot(superhet,'NF')
view(90,0)
Можно также использовать Plot кнопка на RFBudgetAnalyzer приложение для построения графика различных выходных значений.
Экспорт в скрипт MATLAB
1. Можно также экспортировать модель в формат скрипта MATLAB с помощью кнопки Export или:
h = exportScript(superhet);
Скрипт автоматически открывается в РЕДАКТОРА MATLAB окне.
h.closeNoPrompt
Проверьте выходную степень и коэффициент усиления преобразователя с помощью симуляции RF Blockset
1. Используйте кнопку Экспорт, чтобы экспортировать приемник в RF Blockset или:
exportRFBlockset (суперхет)
2. Запустите модель RF Blockset, чтобы вычислить выходную степень (dBm) и коэффициент усиления (dB) преобразователя приемника. Обратите внимание, что результаты соответствуют значениям Pout (dBm) и GainT (dB) приемника, полученной с помощью приложения RF Budget Analyzer.
3. Посмотрите под маской блока Demodulator. Этот блок состоит из идеального фильтра и фильтра выбора канала и LO (локальный генератор) для преобразования частоты вверх или вниз.
4. Время остановки для симуляции равняется нулю. Чтобы симулировать изменяющиеся во времени результаты, необходимо изменить время остановки.
Экспорт в RF Blockset Testbench
1. Используйте кнопку Экспорт, чтобы экспортировать приемник в RF Blockset измерения testbench или:
exportTestbench (суперхет);
2. Тестовый набор RF Blockset состоит из двух подсистем, RF Measurement Unit и Device Under Test.
3. The Device Under Test блок подсистемы содержит супергетеродинный приемник, экспортированный из приложения RF Budget Analyzer. Дважды кликните блок подсистемы DUT, чтобы заглянуть внутрь.
4. Дважды кликните по RF Measurement Unit блок подсистемы, чтобы увидеть системные параметры. По умолчанию RF Blockset testbench проверяет коэффициент усиления.
Проверьте коэффициент усиления, шумовой фигуры и IP3 с помощью теста RF Blockset
Можно проверить коэффициент усиления, шумовой рисунок и IP3 измерения с помощью теста RF Blockset.
1. По умолчанию модель проверяет измерение усиления тестируемого устройства. Запустите модель, чтобы проверить значение усиления. Моделируемое значение усиления соответствует значению усиления каскадного преобразователя из приложения. Возможности показывают выход степени приблизительно 6,7 дБ на 400 МГц, которая соответствует значению выхода степени в приложении RF Budget Analyzer.
2. Тестбенч RF Blockset вычисляет рисунок точечного шума. Вычисление принимает независимую от частоты систему в заданной полосе пропускания. Чтобы симулировать независимую от частоты систему и вычислить правильное значение шумового рисунка, необходимо уменьшить широкую полосу пропускания 20 МГц до узкой полосы пропускания.
3. Во-первых, остановите все симуляции. Дважды кликните по RF Measurement Unit Блок. Это открывает параметры модуля измерения RF. В выпадающем списке параметров Measured Quantity смените параметр на NF (шумовой рисунок). На вкладке Parameters измените полосу пропускания Baseband (Гц) на 2000 Гц. Нажмите Применить. Чтобы узнать больше о том, как управлять верификацией шумовых рисунков, перейдите на вкладку «Инструкции».
4. Еще раз запустите модель, чтобы проверить значение рисунка шума. Значение рисунка шума теста соответствует значению рисунка каскадного шума из приложения RF Budget Analyzer.
5. IP3 измерения основаны на создании и измерении интермодуляционных тонов, которые обычно малы по амплитуде и могут быть ниже уровня шума DUT. Для точных измерений IP3 снимите флажок Simulate noise.
6. Чтобы проверить OIP3 (выход точки пересечения третьего порядка), остановите все симуляции. Откройте RF Measurement Unit диалоговое окно. Снимите флажок Simulate noise (как simulus, так и DUT internal). Измените параметр Measured Quantity на IP3. Сохраните тип IP как выход. Чтобы узнать больше о том, как управлять OIP3 верификации, перейдите на вкладку «Инструкции». Нажмите Применить.
7. Запустите модель. Значение OIP3 testbench соответствует значению каскадного OIP3 приложения.
8. Чтобы проверить IIP3 (входная точка пересечения третьего порядка), остановите все симуляции. Откройте RF Measurement Unit диалоговое окно. Снимите флажок Simulate noise (как simulus, так и DUT internal). Измените параметр Measured Quantity в параметрах блоков на IP3. Измените тип IP на Ссылка на вход. Чтобы узнать больше о том, как управлять IIP3 верификации, перейдите на вкладку «Инструкции». Нажмите Применить.
9. Еще раз запустите модель, чтобы проверить IIP3 значение.
Ссылки
[1] Хунбао Чжоу, Интервал Ло. «Проект и бюджетный анализ приемника РФ 5.8GHz ETC reader» Опубликовано в Communication Technology (ICCT), 2010, 12-я Международная конференция IEEE, Нанкин, Китай, ноябрь 2010.
[2] Интервал Ло, Пэн Ли. «Бюджетный анализ приемопередатчика RF, используемого в 5.8GHz RFID-ридере на основе национальных спецификаций ETC-DSRC Китая», опубликованный в Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, WiCom '09. Пятая Международная конференция, Пекин, Китай, 2009 сентября.