Основы огибающей цепи
Введение
Метод огибающей схемы ускоряет радиочастотные системные симуляции. В Simulink®Симуляция высокочастотных сигналов требует временного шага, пропорционального самой высокой частоте, присутствующей в системе RF. Однако частота модуляции или огибающая RF сигналов может быть на несколько порядков величины меньше, чем самая высокая частота. Метод огибающей схемы использует преимущество этого условия, чтобы точно смоделировать RF-сигналы с сокращением времени симуляции.
Для примера следующий рисунок показывает преимущество использования огибающей схемы с сигнальным x (t):
Сигнал состоит из изменяющегося во времени сигнала модуляции на высокочастотной несущей или центральной частоте. Во многих приложениях RF частота модулирующего сигнала, A (t), меньше, чем частота несущей, f c.
Программа RF Blockset™ обрабатывает несущую cos (2, fct) аналитически, поэтому моделирует только модулирующий сигнал. RF Blockset использует два метода для обработки этой симуляции, эквивалентную полосу модулирующих частот и огибающую схемы. В обоих способах механизм симуляции принимает временные шаги в масштабе модулирующего сигнала вместо несущей.
По сравнению с симуляцией эквивалентной полосы частот, огибающая схемы позволяет включать дополнительные нелинейные эффекты за пределами внутриполосного спектрального возрождения и подходит для многосветного моделирования.
Используя моделирование огибающей схемы, можно смоделировать:
Нелинейные эффекты четного и нечетного порядков, генерирующие внутриполосные и внеполосные гармоники и спектральное возрождение
Мультипортовые и широкополосные фильтрующие (частотно-избирательные) эффекты, такие как эффекты, вводимые S-параметрами, включая несоответствия импеданса
Внутриполосные и внеполосные сигналы помех и искривления, включая эффекты микширования
Преобразование постоянного тока и смещения постоянного тока
Произвольные сигналы локального осциллятора, включая фазу шум
Генерация теплового шума
Настраиваемые радиочастотные элементы, управляемые сигналами Simulink (VGA, переключатели, RLC, аттенюатор, фаза и т.д.)
Допущения для моделирования огибающей схемы
В моделировании огибающей схемы вы принимаете, что огибающая модуляции сигнала изменяется медленно по отношению к несущей. Этот тип симуляции принимает, что огибающие сигнала являются постоянными в течение одного цикла несущей (квазистатическое предположение). Можно предположить, что огибающая сигнала является узкополосной, когда она имеет частоту, по меньшей мере, на один порядок величины меньше, чем несущая частота.
Для реальных и широкополосных модулированных сигналов огибающая схемы обеспечивает правильные результаты. Однако симуляция может быть медленнее, чем традиционные методы временной (переходной) симуляции, такие как метод, поддерживаемый Simulink. Если ваш вход является сверхширокополосным сигналом или если вы имеете дело со многими модулированными сигналами, заполняющими спектр симуляции, используйте симуляцию полосы пропускания во временной области.
При рассмотрении квазистатического предположения необходимо учитывать эффект нелинейностей, которые увеличивают полосу пропускания огибающей сигнала. Огибающие сигнала, включая внутриполосное спектральное возрождение, должны быть узкополосными по сравнению с несущей частотой. Поэтому огибающая схемы менее подходит для симуляции жесткой нелинейности, такой как нелинейность, возникающая в результате усечений или насыщения.
В сигналах с несколькими несущими огибающие с перекрытием не рекомендованы. Огибающие с перекрытием происходят, когда частоты несущей разнесены на расстоянии, меньшем, чем полоса пропускания огибающей. В этом случае можно уменьшить временной шаг симуляции и учесть информацию о сигнале в одной огибающей. Для получения дополнительной информации см. раздел Configuration.
Что такое огибающая цепи?
Огибающая схемы является симуляцией временного интервала (переходной), наложенной на анализ гармонического баланса. Анализ выполняется в дискретные точки времени.
Гармонический баланс является частотным диапазоном методом для вычисления установившейся характеристики нелинейных схем при возбуждении конечным числом гармонических тонов. Этот анализ решает систему уравнений в частотный диапазон и подходит для симуляции частотно заданных компонентов, таких как S-параметры или линии электропередачи.
Гармоническое равновесие используется огибающей схемы для анализа отклика системы на каждом временном шаге. Симуляция выводит частоты анализа из несущих сигналов. Коэффициенты гармонического тонального сигнала изменяются во времени и обрабатываются с помощью переходной симуляции. Этот процесс обеспечивает изменяющиеся во времени огибающие вокруг гармонических тонов.
На рисунке ниже показано схематическое представление моделирования огибающей схемы. Модулированный синусоидальный сигнал с центром вокруг
является входом в нелинейную систему. Выход системы имеет несколько гармоник, каждая с изменяющейся во времени огибающей.
В огибающей схемы временной шаг должен быть достаточно маленьким, чтобы захватить полосу пропускания огибающей, а не максимальную частоту (несущую) сигнала. Меньший временной шаг симуляции соответствует большей ширине полосы симуляции (огибающей) и, следовательно, более медленной симуляции.
Временной шаг моделирования огибающей схемы установлен в блоке Configuration. Время симуляции должен быть достаточно маленьким, чтобы захватить модуляцию сигнала (полосу пропускания) и внутриполосное спектральное возрождение, вызванное нелинейностью системы. В то же время временной шаг симуляции должен быть как можно большим, чтобы увеличить скорость симуляции. Вы можете найти компромисс между точностью и скоростью симуляции, используя временной шаг симуляции в этой области значений значений
Используйте значение временного шага симуляции менее 1/( 2 * bandwidth), чтобы выполнить критерий Найквиста и правильно дискретизировать вашу модуляцию сигнала.
Используйте значение времени симуляции, больше или равное 1/( 8 * полоса пропускания), чтобы иметь максимальную точность на ребрах огибающей. Можно использовать эти области значений при симуляции блоков S-параметров, фильтров и компонентов, определяемых частотой. Это значение временного шага также захватывает внутриполосное спектральное возрождение, вызванное нелинейностью нечетного порядка.
Симуляция временного интервала и анализ частотного диапазона
Огибающая схемы объединяет симуляцию во временной области с анализом в частотном диапазоне, существует два краевых случая, представляющих особый интерес.
Если несущая частота всех источников сигнала равна 0, тогда симуляция сводится к чисто переходной (реальной полосы пропускания) симуляции с фиксированным временным шагом. Гармонический баланс не выполняется. Это строение не ускоряет системную симуляцию RF.
Если время остановки симуляции равно 0, то симуляция сводится к чисто статическому нелинейному анализу (гармоническому балансу) системы. Симуляция во временной области не выполняется. Это строение выгодно для статического анализа системы RF, для примера понять полученное выделение энергии из многих сигналов или для анализа системы переменного тока.
Как моделирование огибающей схемы работает в RF Blockset
Рассмотрим схему RF Blockset. Можно разделить эту схему на три секции: генерация входного сигнала, подсистема RF, визуализация выходного сигнала.
Генерация входного сигнала
Можно использовать два вида источников входных сигналов:
Источник сигнала Simulink
Источник сигнала RF Blockset
Если вы используете источник сигнала Simulink, вам нужен шлюз в подсистему RF (Inport блок). Входной сигнал Simulink представляет модуляцию вашего радиочастотного сигнала. Сигнал может быть комплексным или реальным на основе информации, которую он несет. Чтобы смоделировать постоянную модуляцию на несущей в среде моделирования огибающей схемы, используйте Continuous Wave блок. Можно также смоделировать шум, используя источник шума тока или напряжения в системах РФ, использующих Noise блок.
Если входной сигнал является вектором, каждый элемент вектора представляет огибающий сигнал, который будет модулирован вокруг определенной несущей частоты. Вы задаете несущие частоты входного сигнала в блоке Inport.
Подсистема RF
Подсистема RF (синяя подсветка) состоит из трех основных блоков: Inport, строение и Outport. Можно включать столько блоков Inport или Outport, сколько нужно, в подсистему RF.
Inport: Блок Inport выполняет идеальный сдвиг частоты входного сигнала вокруг несущей частоты путем реализации комплексного умножения частоты. Если ваш входной сигнал является вектором с каждым элементом, представляющим отдельную огибающую, можно задать отдельные частоты несущей для каждой из них.Можно также задать нулевую частоту несущей, соответствующую действительному сигналу полосы пропускания. В этом случае мнимая часть входного сигнала пренебрегается.
Для получения дополнительной информации см. раздел Inport.
Configuration: Вы используете блок Configuration, чтобы задать следующее:Следующий времени симуляции шаг, который определяет пропускную способность симуляции огибающей. Все огибающие сигнала имеют одинаковую полосу пропускания. Чтобы избежать повторной дискретизации входного сигнала и сглаживания, используйте тот же временной шаг, что и входы сигнала от Simulink для нескольких входных систем. Для систем с одним входом используйте более медленные входные сигналы с флажком interpolation filter.
Гармонический порядок симуляции, который определяет общее количество частот симуляции, используемых для выполнения анализа гармонического баланса. Авто- опция дает консервативный выбор гармонических частот. Время симуляции прямо пропорционально общему количеству частот симуляции. Если ваша схема работает в мягко нелинейных условиях, можно ускорить симуляцию, уменьшив гармонический порядок.
Нормализация степени несущей, используемая для масштабирования средней степени сигнала относительно ее корневого среднего квадратного значения. Используйте эту опцию, чтобы масштабировать среднюю мощность огибающей сигнала относительно корневой средней квадратной степени ее реального представления полосы пропускания.
Температура и seed, используемые для создания теплового шума.
Для получения дополнительной информации см. раздел Configuration.
Outport: Блок Outport является шлюзом возврата от огибающей схемы к окружению Simulink. Если вы задаете несущую частоту, отличную от нуля, блок возвращает комплексную огибающую сигнала вокруг заданной несущей. Блоки Outport используются, чтобы зондировать модулированные сигналы на заданных несущих для просмотра с помощью анализатора спектра или для дальнейшей обработки сигнала.Для получения дополнительной информации см., Outport.
Выход сигнала
Можно использовать приемники Simulink, чтобы визуализировать RF-сигналы. Для доступа к огибающим схем в Simulink, вам нужен блок вывода, чтобы действовать как шлюз из подсистемы RF. Блок Outport зондирует огибающие сигнала с центром вокруг заданных частот несущей.
При помощи временных возможностей можно проверить изменяющееся во времени содержимое модулированных сигналов, не строя график соответствующей несущей частоты.
При помощи анализатора спектра можно проверить спектральное содержимое модулированных сигналов, которые неявно центрированы вокруг различных несущих частот.