Рабочий процесс Ричардса-Куроды для схемы фильтра RF

Этот пример использует:

В этом примере показано, как применить рабочий процесс Ричардса-Куроды к схеме фильтра RF.

Создайте LC-Pi lowpass Чебышевский фильтр с частотой полосы пропускания 1 ГГц, затуханием полосы пропускания 0,5 дБ и порядком фильтра 5.

Fp = 1e9;          
Ap = 0.5;          
Ord = 5;           
r = rffilter("FilterType","Chebyshev","ResponseType","Lowpass","Implementation","LC Pi","PassbandFrequency", ...
    Fp,"PassbandAttenuation",Ap,"FilterOrder",Ord);

Постройте параметр S21 фильтра RF.

frequencies = linspace(0,5*Fp,1001);
rfplot(r, frequencies)

Figure S-Parameters 21 contains an axes object and another object of type uitoolbar. The axes object with title s21 vs. Frequency contains an object of type line.

Преобразуйте фильтр смешанного элемента в основанную на распределенном элементе схему на рабочей частоте 1 ГГц с помощью richards функция.

 txCkt = richards(r,1e9)

txCkt = 
  circuit: Circuit element

    ElementNames: {'C_tx'  'L_tx'  'C_1_tx'  'L_1_tx'  'C_2_tx'}
        Elements: [1x5 txlineElectricalLength]
           Nodes: [0 1 2 3 4 5 6]
            Name: 'unnamed'
        NumPorts: 2
       Terminals: {'p1+'  'p2+'  'p1-'  'p2-'}

Покажите свойства схемы в таблице с помощью tableCircuitProperties функция. Можно найти исходный код для этой функции помощника в разделе Supporting Functions в конце этого примера.

 tableCircuitProperties(txCkt,'Name','StubMode','Termination','Z0')

       Name        StubMode     Termination      Z0  
    __________    __________    ___________    ______

    {'C_tx'  }    {'Shunt' }     {'Open' }     29.312
    {'L_tx'  }    {'Series'}     {'Short'}     61.481
    {'C_1_tx'}    {'Shunt' }     {'Open' }     19.679
    {'L_1_tx'}    {'Series'}     {'Short'}     61.481
    {'C_2_tx'}    {'Shunt' }     {'Open' }     29.312

Постройте параметр S21 основанной на распределенном элементе схемы фильтра. График RF показывает, что распределенное и смешанное перекрытие поведения фильтра близко к рабочей частоте и значительно отличается на более высоких частотах. Это происходит из-за периодической частотой природы распределенных элементов.

rfplot(sparameters(txCkt, frequencies),2,1)

$Figure S-Parameters 21 contains an axes object and another object of type uitoolbar. The axes object contains an object of type line. This object represents dB(S_{21}).$

Основанная на распределенном элементе схема в txCkt схема не практична, поскольку все заглушки по существу происходят от той же точки в пространстве. Чтобы разделить заглушки и использовать только заглушки шунта, которые легче реализовать как микрополосковые линии, вставьте единичные элементы в последовательность и примените тождества Куроды.

Добавьте единичные элементы в ребрах txCkt, работа с 1 ГГц с характеристическим импедансом 50 Ом. Ребра схемы являются портом 1 из первого элемента схемы C_tx и порт 2 из последнего элемента схемы C_2_tx.

 txCkt_UE = insertUnitElement(txCkt,'C_tx',1,1e9,50);
 txCkt_UE = insertUnitElement(txCkt_UE,'C_2_tx',2,1e9,50)

txCkt_UE = 
  circuit: Circuit element

    ElementNames: {1x7 cell}
        Elements: [1x7 txlineElectricalLength]
           Nodes: [0 1 2 3 4 5 6 7 8]
            Name: 'unnamed'
        NumPorts: 2
       Terminals: {'p1+'  'p2+'  'p1-'  'p2-'}

Покажите свойства схемы в таблице.

tableCircuitProperties(txCkt_UE,'Name','StubMode','Termination','Z0')

            Name               StubMode         Termination         Z0  
    _____________________    ____________    _________________    ______

    {'C_tx_p1_elem_UE'  }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}        50
    {'C_tx'             }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    29.312
    {'L_tx'             }    {'Series'  }    {'Short'        }    61.481
    {'C_1_tx'           }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    19.679
    {'L_1_tx'           }    {'Series'  }    {'Short'        }    61.481
    {'C_2_tx'           }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    29.312
    {'C_2_tx_p2_elem_UE'}    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}        50

Постройте параметр S21 новой схемы txCkt_UE. График RF показывает, что сложение единичных элементов не изменяет поведение величины степени схемы, и таким образом этот график RF показывает те же характеристики параметра S21 как основанная на распределенном элементе схема фильтра.

 rfplot(sparameters(txCkt_UE, frequencies),2,1)

$Figure S-Parameters 21 contains an axes object and another object of type uitoolbar. The axes object contains an object of type line. This object represents dB(S_{21}).$

Примените тождества Куроды к первым двум и продержитесь два элемента схемы. Для получения дополнительной информации смотрите Преобразование Куроды.

txCkt_Kur = kuroda(txCkt_UE,'C_tx_p1_elem_UE','C_tx');
txCkt_Kur = kuroda(txCkt_Kur,'C_2_tx','C_2_tx_p2_elem_UE')

txCkt_Kur = 
  circuit: Circuit element

    ElementNames: {1x7 cell}
        Elements: [1x7 txlineElectricalLength]
           Nodes: [0 1 2 3 4 5 6 7 8]
            Name: 'unnamed'
        NumPorts: 2
       Terminals: {'p1+'  'p2+'  'p1-'  'p2-'}

Покажите свойства схемы в таблице.

tableCircuitProperties(txCkt_Kur,'Name','StubMode','Termination','Z0')

                    Name                      StubMode         Termination         Z0  
    ____________________________________    ____________    _________________    ______

    {'Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE'  }    {'Series'  }    {'Short'        }    31.521
    {'Kuroda2_R2L_of_C_tx'             }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}    18.479
    {'L_tx'                            }    {'Series'  }    {'Short'        }    61.481
    {'C_1_tx'                          }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    19.679
    {'L_1_tx'                          }    {'Series'  }    {'Short'        }    61.481
    {'Kuroda1_L2R_of_C_2_tx'           }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}    18.479
    {'Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE'}    {'Series'  }    {'Short'        }    31.521

Постройте параметр S21 txCkt_Kur. График RF показывает, что как ожидалось применение тождеств Куроды не изменяет поведение схемы (в противоположность добавлению единичного элемента, применение тождеств Куроды сохраняет и величину и поведение фазы схемы).

rfplot(sparameters(txCkt_Kur, frequencies),2,1)

$Figure S-Parameters 21 contains an axes object and another object of type uitoolbar. The axes object contains an object of type line. This object represents dB(S_{21}).$

Добавьте единичные элементы в ребрах этой схемы, действующей на уровне 1 ГГц с характеристическим импедансом 50 Ом.

txCkt_UE2 = insertUnitElement(txCkt_Kur,'Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE',1,1e9,50);
txCkt_UE2 = insertUnitElement(txCkt_UE2,'Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE',2,1e9,50)

txCkt_UE2 = 
  circuit: Circuit element

    ElementNames: {1x9 cell}
        Elements: [1x9 txlineElectricalLength]
           Nodes: [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]
            Name: 'unnamed'
        NumPorts: 2
       Terminals: {'p1+'  'p2+'  'p1-'  'p2-'}

Покажите свойства схемы в таблице.

 tableCircuitProperties(txCkt_UE2,'Name','StubMode','Termination','Z0')

                         Name                            StubMode         Termination         Z0  
    _______________________________________________    ____________    _________________    ______

    {'Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE_p1_elem_UE'  }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}        50
    {'Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE'             }    {'Series'  }    {'Short'        }    31.521
    {'Kuroda2_R2L_of_C_tx'                        }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}    18.479
    {'L_tx'                                       }    {'Series'  }    {'Short'        }    61.481
    {'C_1_tx'                                     }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    19.679
    {'L_1_tx'                                     }    {'Series'  }    {'Short'        }    61.481
    {'Kuroda1_L2R_of_C_2_tx'                      }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}    18.479
    {'Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE'           }    {'Series'  }    {'Short'        }    31.521
    {'Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE_p2_elem_UE'}    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}        50

Постройте параметр S21 txCkt_UE2.

 rfplot(sparameters(txCkt_UE2, frequencies),2,1)

$Figure S-Parameters 21 contains an axes object and another object of type uitoolbar. The axes object contains an object of type line. This object represents dB(S_{21}).$

Примените тождества Куроды к первой, второй, предпоследней, и последней паре элементов в схеме.

txCkt_Kur2 = kuroda(txCkt_UE2,'Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE_p1_elem_UE','Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE');
txCkt_Kur2 = kuroda(txCkt_Kur2,'Kuroda2_R2L_of_C_tx','L_tx');
txCkt_Kur2 = kuroda(txCkt_Kur2,'Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE','Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE_p2_elem_UE');
txCkt_Kur2 = kuroda(txCkt_Kur2,'L_1_tx','Kuroda1_L2R_of_C_2_tx')

txCkt_Kur2 = 
  circuit: Circuit element

    ElementNames: {1x9 cell}
        Elements: [1x9 txlineElectricalLength]
           Nodes: [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]
            Name: 'unnamed'
        NumPorts: 2
       Terminals: {'p1+'  'p2+'  'p1-'  'p2-'}

Покажите свойства схемы в таблице.

tableCircuitProperties(txCkt_Kur2,'Name','StubMode','Termination','Z0')

                                 Name                                   StubMode         Termination         Z0  
    ______________________________________________________________    ____________    _________________    ______

    {'Kuroda1_R2L_of_Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE_p1_elem_UE'  }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    129.31
    {'Kuroda1_R2L_of_Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE'             }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}    81.521
    {'Kuroda1_R2L_of_Kuroda2_R2L_of_C_tx'                        }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    24.033
    {'Kuroda1_R2L_of_L_tx'                                       }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}     79.96
    {'C_1_tx'                                                    }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    19.679
    {'Kuroda2_L2R_of_L_1_tx'                                     }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}     79.96
    {'Kuroda2_L2R_of_Kuroda1_L2R_of_C_2_tx'                      }    {'Shunt'   }    {'Open'         }    24.033
    {'Kuroda2_L2R_of_Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE'           }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}    81.521
    {'Kuroda2_L2R_of_Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE_p2_elem_UE'}    {'Shunt'   }    {'Open'         }    129.31

Постройте параметр S21 txCkt_Kur2.

 rfplot(sparameters(txCkt_Kur2, frequencies),2,1)

$Figure S-Parameters 21 contains an axes object and another object of type uitoolbar. The axes object contains an object of type line. This object represents dB(S_{21}).$

Создайте микрополосковую линию электропередачи. Затем используйте realize функция, чтобы понять схему, содержащую электрическую основанную на длине линию электропередачи txCkt_Kur2.

txln = txlineMicrostrip('Height',0.0015748,'EpsilonR',4.6, 'LossTangent',0.026,'SigmaCond',59600000,'Thickness',3.5560e-05);                                                                        
txMS = realize(txCkt_Kur2,txln)

txMS = 
  circuit: Circuit element

    ElementNames: {1x9 cell}
        Elements: [1x9 txlineMicrostrip]
           Nodes: [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]
            Name: 'unnamed'
        NumPorts: 2
       Terminals: {'p1+'  'p2+'  'p1-'  'p2-'}

Покажите свойства схемы в таблице.

tableCircuitProperties(txMS,'Name','StubMode','Termination','LineLength','Width')

                                   Name                                      StubMode         Termination       LineLength      Width   
    ___________________________________________________________________    ____________    _________________    __________    __________

    {'txlMs_of_Kuroda1_R2L_of_Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE_p1_elem_'}    {'Shunt'   }    {'Open'         }     0.021473     0.00021775
    {'txlMs_of_Kuroda1_R2L_of_Kuroda2_R2L_of_C_tx_p1_elem_UE'         }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}     0.020885      0.0010403
    {'txlMs_of_Kuroda1_R2L_of_Kuroda2_R2L_of_C_tx'                    }    {'Shunt'   }    {'Open'         }     0.019228      0.0083935
    {'txlMs_of_Kuroda1_R2L_of_L_tx'                                   }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}     0.020859      0.0010919
    {'txlMs_of_C_1_tx'                                                }    {'Shunt'   }    {'Open'         }      0.01901       0.010814
    {'txlMs_of_Kuroda2_L2R_of_L_1_tx'                                 }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}     0.020859      0.0010919
    {'txlMs_of_Kuroda2_L2R_of_Kuroda1_L2R_of_C_2_tx'                  }    {'Shunt'   }    {'Open'         }     0.019228      0.0083935
    {'txlMs_of_Kuroda2_L2R_of_Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE'       }    {'NotAStub'}    {'NotApplicable'}     0.020885      0.0010403
    {'txlMs_of_Kuroda2_L2R_of_Kuroda1_L2R_of_C_2_tx_p2_elem_UE_p2_ele'}    {'Shunt'   }    {'Open'         }     0.021473     0.00021775

Постройте параметр S21 txMS. Параметр S21 основанной на микрополосковой линии схемы отклоняется от S21 txCkt_Kur2. Это происходит из-за практических факторов реализации. Удалите потери, чтобы улучшить соглашение между двумя графиками.

rfplot(sparameters(txMS, frequencies),2,1)
set(gca,'YLim',[-20 0]);

$Figure S-Parameters 21 contains an axes object and another object of type uitoolbar. The axes object contains an object of type line. This object represents dB(S_{21}).$

Вспомогательные Функции

tableCircuitProperties:

type("tableCircuitProperties.m")

function tableCircuitProperties(ckt,varargin)
c = cell(numel(ckt.Elements),nargin-1);
for col = 1:nargin-1
    c(:,col) = {ckt.Elements.(varargin{col})};
end
disp(cell2table(c, 'VariableNames',varargin));
end

Документация

Рабочий процесс Ричардса-Куроды для схемы фильтра RF

Вспомогательные Функции

Смотрите также

Документация RF Toolbox

Поддержка