Моделируйте шум в радиочастотной системе

Физические Blockset™ RF библиотечных блоков Equivalent Baseband могут моделировать шум. Параметры блоков Input port определяют, включать ли шум в симуляцию. Когда вы включаете информацию о шуме в модель, библиотека моделирует шум физической системы, комбинируя шумовые вклады от каждого отдельного блока. В этом разделе объясняется, как библиотека имитирует шум от заданной пользователем информации. Для получения информации о том, как добавить шум в модель RF, смотрите Model Noise.

Выходной шум в моделях RF

В целом можно задать шум, связанный с выходом, одним из трех способов:

Noise temperature - Задает шум в кельвине.
Noise factor - Задает шум следующим уравнением:
$Noise factor = 1 + \frac{Температура шума}{290}$
Noise figure - Задает шум в децибелах относительно стандартной эталонной температуры шума 290 К. С точки зрения фактора шума
Шумовой рисунок = 10log (Коэффициент шума)

Эти три спецификации эквивалентны, потому что каждую можно вычислить из любой другой.

Библиотека позволяет моделировать шум, связанный с любым физическим блоком в вашей модели RF.

Библиотека автоматически определяет шумовые свойства пассивных блоков из их сетевых параметров. Эта библиотека получает эти сетевые параметры либо явным образом из диалогового окна блока или указанных файлов данных, либо неявно путем вычисления их из заданных параметров блоков.

Для активных устройств, таких как усилители и микшеры, шумовые свойства не могут быть выведены из параметров сети. Поэтому для блоков усилителя и микшера необходимо явным образом задать информацию о шуме либо в блоке диалога, либо в связанном файле данных.

Для блоков физического усилителя и миксера можно задать активный блочный шум одним из следующих способов:

Данные точечного шума
Частотно-независимый шумовой рисунок, коэффициент шума или значения шумовой температуры
Частотно-зависимые данные шумового рисунка (rfdata.nf) или данные о точечном шуме (rfdata.noise) объект

Эти опции шума описаны в спецификациях шума усилителя и смесителя.

Когда вы запускаете симуляцию, библиотека сначала вычисляет значения шумовых рисунков для каждого отдельного блока на частотах моделирования. Затем он вычисляет фигуру шума физической системы из значений отдельных фигур шума и использует информацию фигуры шума системы, чтобы вычислить выходную мощность шума. Этот процесс показан на следующем рисунке.

Вычислите фигуру шума на частотах моделирования

Чтобы включить информацию о шуме в симуляцию, библиотека должен вычислить значения шумовых рисунков каждого отдельного блока на частотах моделирования.

Если вы задаете независимое от частоты значение шумового рисунка непосредственно, или если библиотека вычисляет значение шумового рисунка из сопротивления блока, библиотека использует это значение для значения шумового рисунка на каждой из частот моделирования.

Если вы задаете коэффициент шума или значение температуры шума, библиотека вычисляет значение рисунка шума из заданного значения с помощью уравнений в предыдущем разделе и использует вычисленное значение для значения рисунка шума на каждой из частот моделирования.

Если вы задаете частотно-зависимые значения шумового рисунка с помощью rfdata.nf объект, библиотека интерполирует значения с помощью Interpolation method, заданной в диалоговом окне блока, чтобы получить значение шумового рисунка на каждой из частот моделирования.

Если вы задаете данные точечного шума, библиотека вычисляет частотно-зависимую информацию о шумовом рисунке из этих данных. Это принимает минимальный рисунок, _NFmin, эквивалентное шумовое сопротивление, _Rn и оптимальную допустимость источника, _Yopt, значения в файле и интерполирует, чтобы найти значения на частотах моделирования. Затем библиотека использует следующее уравнение, чтобы вычислить матрицу шумовой корреляции, _CA:

$C_{A} = 2 k T [\begin{matrix} R_{n} & \frac{N F_{\min} - 1}{2} - R_{n} Y_{o p t}^{*} \\ \frac{N F_{\min} - 1}{2} - R_{n} Y_{o p t} & R_{n} {| Y_{o p t} |}^{2} \end{matrix}]$

где k - константа Больцмана, а T - температура шума в Кельвине.

Затем библиотека вычисляет коэффициент шума, F, из матрицы шумовой корреляции следующим образом:

$\begin{array}{l} F = 1 + \frac{z^{+} C_{A} z}{2 k T Re {Z_{S}}} \\ z = [\begin{matrix} 1 \\ Z_{S}^{*} \end{matrix}] \end{array}$

В двух предыдущих уравнениях _ZS является номинальным импедансом, который составляет 50 Ом, и z⁺ - гермитовское сопряжение z.

Библиотека получает рисунок, NF, от фактора шума:

$N F = 10 \log (F)$

Вычислите шумовую фигуру системы

Библиотека использует рекурсивный процесс для вычисления рисунка системного шума. Матрицы шумовой корреляции для первых двух элементов каскада объединяются в одну матрицу, и процесс повторяется.

Следующий рисунок показывает каскадную сеть, состоящую из двух 2-портовых сетей, каждая из которых представлена своими ABCD-параметрами.

Во-первых, библиотека вычисляет матрицы шумовой корреляции _CA' и _CA” для этих двух сетей. Затем библиотека объединяет _CA′ и _CA″ в одну матрицу корреляции _CA используя уравнение

$C_{A} = C_{A}^{'} + [\begin{matrix} A' & B' \\ C' & D' \end{matrix}] C_{A}^{″} [\begin{matrix} A' & B' \\ C' & D' \end{matrix}]$

Матрицы ABCD-параметров в каскадном объединении согласно матричному умножению:

$[\begin{matrix} A & B \\ C & D \end{matrix}] = [\begin{matrix} A' & B' \\ C' & D' \end{matrix}] [\begin{matrix} A ″ & B ″ \\ C ″ & D ″ \end{matrix}]$

Если в каскаде есть другой элемент, те же вычисления будут выполняться с использованием этих ABCD-параметров, а также ABCD-параметров, соответствующих следующему элементу. Рекурсия заканчивается матрицей шумовой корреляции, относящейся ко всей системе. Затем библиотека вычисляет рисунок системного шума из этой матрицы.

Для получения дополнительной информации об этих техниках вычисления смотрите следующую статью:

Hillbrand, H. and P.H. Russer, «Effective Method for Computer Aided Noise Analysis of Linear Amplifier Networks», IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol. CAS-23, Number 4, pp. 235-238, 1976.

Вычисление Выхода шума Степени

Библиотека использует степень шума, чтобы определить амплитуду шума, который он добавляет в физическую систему, используя генератор распределенного псевдослучайного числа Гауссова. Он использует и температуру шума, и полосу пропускания моделирования, чтобы вычислить степень шума:

Шумовая степень = kTB

где k - константа Больцмана, T - температура шума в Кельвине, а B - полоса пропускания в герце.

Библиотека вычисляет температуру шума из заданных или вычисленных значений шумового рисунка для системы, и он вычисляет полосу пропускания моделирования из шага расчета модели и центральной частоты.

Документация