Приемник супергетеродина Используя приложение RF Budget Analyzer
В этом примере показано, как создать приемник супергетеродина и анализировать бюджет RF приемника для усиления, шумовую фигуру и IP3 с помощью приложения RF Budget Analyzer. Приемник является частью системы приемника передатчика, описанной в трудах конференции IEEE, [1] и [2].
Введение
Разработчики системы RF начинают процесс проектирования с бюджетной спецификации для того, сколько усиления, шумовой фигуры (NF) и нелинейности (IP3) целая система должна удовлетворить. Чтобы гарантировать выполнимость архитектуры, смоделированной как простой каскад элементов RF, разработчики вычисляют обоих наэтапный и каскадные значения усиления, шумовой фигуры и IP3 (третья точка пересечения).
Используя приложение RF Budget Analyzer, вы можете:
Создайте каскад элементов RF.
Вычислите наэтапный и каскадная выходная мощность, усиление, шумовая фигура, ОСШ и IP3 системы.
Экспортируйте наэтапный и каскадные значения к рабочей области MATLAB™.
Экспортируйте разработку системы в RF Blockset для симуляции.
Экспортируйте разработку системы в испытательный стенд измерения RF Blockset как DUT (устройство под тестом) подсистема и проверьте, что результаты получили использование Приложения.
Архитектура системы
Архитектура системы приемника, созданная с использованием приложение:
Полоса пропускания приемника между 5,825 ГГц и 5,845 ГГц.
Создайте приемник супергетеродина
Можно создать все компоненты приемника супергетеродина с помощью командной строки MATLAB и просмотреть анализ с помощью приложения RF Budget Analyzer.
Первые компоненты в архитектуре системы приемника супергетеродина являются переключателем TR и антенной. Мы заменяем блок антенны на эффективную степень, достигающую переключателя.
1. Система использует переключатель TR, чтобы переключиться между передатчиком и приемником. Переключатель добавляет потерю 1,3 дБ к системе. Создайте TRSwitch с усилением-1.3 дБ и OIP3 37 dBm. Чтобы совпадать с бюджетными результатами RF ссылки [1], шумовая фигура принята, чтобы быть 2,3 дБ.
elements(1) = rfelement('Name','TRSwitch','Gain',-1.3,'NF',2.3,'OIP3',37);
2. Чтобы смоделировать полосовой фильтр RF используют rffilter спроектировать фильтр. Из Проекта в качестве примера Полосовой фильтр IF Баттерворта импеданс загрузки фильтра, как находят, составляет 132,986 Ом. Но для бюджетного вычисления, каждый этап отключен на 50 Ом внутренне. Поэтому достигнуть потери вставки 1 дБ, входного импеданса, Zin следующего элемента, i.e., усилитель, установлен в 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 возразите, чтобы смоделировать Low Noise Amplifier блокируйтесь с усилением 15 дБ, шумовой фигурой 1,5 дБ и OIP3 26 dBm.
elements(3) = amplifier( 'Name','LNA','Gain',15,'NF',1.5,'OIP3',26, ... 'Zin',Z);
4. Смоделируйте Gain блокируйтесь с усилением 10,5 дБ, шумовой фигурой 3,5 дБ и OIP3 23 dBm.
elements(4) = amplifier( 'Name','Gain','Gain',10.5,'NF',3.5,'OIP3',23);
5. Приемник downconverts частота RF к частоте IF 400 МГц. Используйте modulator объект создать блок Demodulator с LO (Локальный Генератор) частота 5,4 ГГц, усиление-7 дБ, шумовая фигура 7 дБ и OIP3 15 dBm.
elements(5) = modulator('Name','Demod','Gain',-7,'NF',7,'OIP3',15, ... 'LO',5.4e9, 'ConverterType','Down');
6. Чтобы смоделировать полосовой фильтр RF используют rffilter спроектировать фильтр.
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. Смоделируйте IF Amplifier блокируйтесь с усилением 40 дБ и шумовой фигурой 2,5 дБ.
elements(7) = amplifier( 'Name','IFAmp','Gain',40,'NF',2.5,'Zin',Z);
8. Как замечено в ссылках, приемник использует блок AGC (Automatic Gain Control), где усиление меняется в зависимости от доступного уровня входной мощности. Для входной мощности-80 дБ усиление AGC максимум в 17,5 дБ. Используйте блок Amplifier, чтобы смоделировать AGC. Смоделируйте AGC блокируйтесь с усилением 17,5 дБ, шумовой фигурой 4,3 дБ и OIP3 36 dBm.
elements(8) = amplifier('Name','AGC','Gain',17.5,'NF',4.3,'OIP3',36);
9. Вычислите rbudget приемника супергетеродина с помощью следующего System Parameters: 5,8 ГГц для Input frequency,-80 дБ для Available input power, и 20 МГц для Signal bandwidth. Замените антенный элемент на эффективный Available input power который, как оценивается, составляет-66 дБ, достигающих 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 Бюджетном приложении Анализатора RF путем ввода этой команды в командной строке.
show(superhet);
10. Отображения приложения каскадные значения, такие как: выведите частоту приемника, выходной мощности, усиления, шумовой фигуры, OIP3 и ОСШ (Шумовое Отношение "Сигнал к").
11. Приложение RF Budget Analyzer сохраняет модель в формате MAT-файла.
Постройте каскадное усиление преобразователя и расположите каскадом шумовую фигуру
1. Постройте каскадное усиление преобразователя приемника с помощью функции, rfplot
rfplot(superhet,'GainT')
view(90,0)
2. Постройте каскадную шумовую фигуру приемника.
rfplot(superhet,'NF')
view(90,0)
Можно также использовать Plot кнопка на RFBudgetAnalyzer приложение, чтобы построить различные выходные значения.
Экспортируйте в СКРИПТ MATLAB
1. Можно также экспортировать модель в формат скрипта MATLAB с помощью кнопки Export или:
h = exportScript(superhet);
Скрипт открывается автоматически в окне MATLAB Editor.
h.closeNoPrompt
Проверьте усиление выходной мощности и преобразователя Используя симуляцию RF Blockset
1. Используйте кнопку Export, чтобы экспортировать приемник в RF Blockset или:
exportRFBlockset (супергетеродинный приемник)
2. Запустите модель RF Blockset, чтобы вычислить Выходную мощность (dBm) и усиление Преобразователя (дБ) приемника. Обратите внимание на то, что результаты совпадают с Выпячиванием (dBm) и GainT (дБ) значения приемника, полученного 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 частоты или вниз преобразования.
4. Время остановки для симуляции является нулем. Чтобы симулировать изменяющиеся во времени результаты, необходимо изменить время остановки.
Экспортируйте в испытательный стенд RF Blockset
1. Используйте кнопку Export, чтобы экспортировать приемник в испытательный стенд измерения RF Blockset или:
exportTestbench (супергетеродинный приемник);
2. Испытательный стенд RF Blockset состоит из двух подсистем, RF Measurement Unit и Device Under Test.
3. Device Under Test блок подсистемы содержит приемник супергетеродина, который вы экспортировали из приложения RF Budget Analyzer. Дважды кликните на блоке подсистемы DUT, чтобы посмотреть внутри.
4. Дважды кликните на RF Measurement Unit блок подсистемы, чтобы видеть системные параметры. По умолчанию испытательный стенд RF Blockset проверяет усиление.
Проверьте усиление, шумовую фигуру и IP3 Используя испытательный стенд RF Blockset
Можно проверить усиление, шумовую фигуру и измерения IP3 с помощью испытательного стенда RF Blockset.
1. По умолчанию модель проверяет измерение усиления устройства под тестом. Запустите модель, чтобы проверять значение усиления. Симулированное значение усиления совпадает с каскадным значением усиления преобразователя из приложения. Осциллограф показывает выходную мощность приблизительно 6,7 дБ на уровне 400 МГц, которая совпадает со значением выходной мощности в приложении RF Budget Analyzer.
2. Испытательный стенд RF Blockset вычисляет точечную шумовую фигуру. Вычисление принимает частоту независимая система в данной полосе пропускания. Чтобы симулировать частоту независимая система и вычислить правильное шумовое значение фигуры, необходимо уменьшать широкую полосу пропускания 20 МГц к узкой полосе пропускания.
3. Во-первых, остановите все симуляции. Дважды кликните на RF Measurement Unit Блок. Это открывает модульные параметры измерения RF. В Измеренном выпадающем списке параметра Количества измените параметр в NF (шумовая фигура). Во вкладке Parameters измените Основополосную полосу пропускания (Гц) в 2 000 Гц. Нажмите Apply. Чтобы узнать больше, как управлять шумовой верификацией фигуры, кликните по вкладке Instructions.
4. Запустите модель снова, чтобы проверять шумовое значение фигуры. Значение шума испытательного стенда фигуры совпадает с каскадным шумовым значением фигуры из приложения RF Budget Analyzer.
5. Измерения IP3 используют создание и измерение тонов интермодуляции, которые обычно малы в амплитуде и могут быть ниже уровня шума DUT. Для точных измерений IP3 снимите Симулировать шумовой флажок.
6. Чтобы проверить OIP3 (выходная точка пересечения третьего порядка), остановите все симуляции. Откройте RF Measurement Unit диалоговое окно. Очистите Симулировать шум (и стимул и DUT внутренний) флажок. Измените Измеренный параметр Количества в IP3. Сохраните Тип IP как Выход отнесенным. Чтобы узнать больше, как управлять верификацией OIP3, кликните по вкладке Instructions. Нажмите Apply.
7. Запустите модель. Испытательный стенд значение OIP3 совпадает с каскадным значением OIP3 приложения.
8. Чтобы проверить IIP3 (входная точка пересечения третьего порядка), остановите все симуляции. Открытый RF Measurement Unit диалоговое окно. Очистите Симулировать шум (и стимул и DUT внутренний) флажок. Измените Измеренный параметр Количества в параметрах блоков к IP3. Измените Тип IP, чтобы Ввести отнесенный. Чтобы узнать больше, как управлять верификацией IIP3, кликните по вкладке Instructions. Нажмите Apply.
9. Запустите модель снова, чтобы проверять значение IIP3.
Ссылки
[1] Хунбао Чжоу, Интервал Ло. "Проект и бюджетный анализ приемника RF средства чтения ETC на 5.8 ГГц", Опубликованного в Коммуникационной технологии (ICCT), 2 010 12-х Международных конференциях IEEE, Нанкине, Китай, ноябрь 2010.
[2] Интервал Ло, Пенг Ли. "Бюджетный Анализ Приемопередатчика RF, Используемого в RFID-считывателе на 5.8 ГГц На основе ETC-DSRC Национальные Технические требования Китая", Опубликованного при Радиосвязях, Организации сети и Мобильных вычислениях, WiCom '09. 5-я Международная конференция, Пекин, Китай, сентябрь 2009.