Шум модели в системе RF

RF Blockset™ Эквивалентные Основополосные Физические библиотечные блоки может смоделировать шум. Параметры блоков Input port задают, включать ли шум в симуляцию. Когда вы включаете шумовую информацию в свою модель, библиотека симулирует шум физической системы путем объединения шумовых вкладов от каждого отдельного блока. Этот раздел объясняет, как библиотека симулирует шум от заданной пользователями информации. Для получения информации о том, как добавить шум в модель RF, смотрите Шум Модели.

Отнесенный к выходу шум в моделях RF

В общем случае можно задать отнесенный к выходу шум одним из трех способов:

Noise temperature — Задает шум в кельвине.
Noise factor — Задает шум следующим уравнением:
$Noise factor = 1 + \frac{Шумовая температура}{290}$
Noise figure — Задает шум в децибелах относительно стандартной ссылочной шумовой температуры 290 K. В терминах шумового фактора
Шумовая фигура = 10log (Шумовой фактор)

Эти три технических требований эквивалентны, потому что можно вычислить каждого от любых из других.

Библиотека позволяет вам симулировать шум, сопоставленный с любым физическим блоком в вашей модели RF.

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

Для активных устройств, таких как усилители и микшеры, шумовые свойства не могут быть выведены из сетевых параметров. Поэтому для блоков усилителя и микшера, необходимо указать шумовую информацию явным образом, или в диалоговом блоке или в связанном файле данных.

Для физических блоков усилителя и микшера можно задать активный шум блока одним из следующих способов:

Определите шумовые данные
Независимая от частоты шумовая фигура, шумовой фактор или шумовые температурные значения
Зависимый частотой шум изображает данные (rfdata.nf) или определите шумовые данные (rfdata.noiseобъект

Эти шумовые опции спецификации описаны в Технических требованиях Шума Усилителя и Микшера.

Когда вы запускаете симуляцию, библиотека сначала вычисляет шумовые значения фигуры для каждого отдельного блока на частотах моделирования. Затем это вычисляет шумовую фигуру физической системы от отдельных шумовых значений фигуры и использует системную информацию о фигуре шума, чтобы вычислить приведенную мощность шума. Этот процесс показывают в следующем рисунке.

Add noise check box is selected in the Input port block.

Вычислите шумовую фигуру при моделировании частот

Чтобы включать шумовую информацию в симуляцию, библиотека должна вычислить шумовые значения фигуры каждого отдельного блока на частотах моделирования.

Если вы задаете независимое от частоты шумовое значение фигуры непосредственно, или если библиотека вычисляет шумовое значение фигуры из устойчивости к слипанию, библиотека использует это значение для шумового значения фигуры на каждой из частот моделирования.

Если вы задаете шумовое факторное или шумовое температурное значение, библиотека вычисляет шумовое значение фигуры из заданного значения с помощью уравнений в предыдущем разделе и использует вычисленное значение для шумового значения фигуры на каждой из частот моделирования.

Если вы указываете, что зависимый частотой шум изображает значения с помощью rfdata.nf объект, библиотека интерполирует значения с помощью Interpolation method, заданного в диалоговом окне блока, чтобы получить шумовое значение фигуры на каждой из частот моделирования.

Если вы задаете точечные шумовые данные, библиотека вычисляет зависимую частотой шумовую информацию о фигуре из этих данных. Это берет минимальную шумовую фигуру, _NFmin, эквивалентное шумовое сопротивление, _Rn, и оптимальную исходную проводимость, _Yopt, значения в файле и интерполирует, чтобы найти значения на частотах моделирования. Затем библиотека использует следующее уравнение, чтобы вычислить шумовую корреляционную матрицу, _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 является константой Больцманна, и T является шумовой температурой в Келвине.

Библиотека затем вычисляет шумовой фактор, F, от шумовой корреляционной матрицы можно 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⁺ Эрмитово спряжение z.

Библиотека получает шумовую фигуру, NF, от шумового фактора:

$N F = 10 \log (F)$

Вычислите системную фигуру шума

Библиотека использует рекурсивный процесс, чтобы вычислить системную фигуру шума. Шумовые корреляционные матрицы для первых двух элементов каскада объединены в одну матрицу, и процесс повторяется.

Следующий рисунок показывает каскадную сеть, состоящую из двух сетей с 2 портами, каждый представленный ее ABCD-параметрами.

2-port ABCD cascaded network.

Во-первых, библиотека вычисляет шумовые корреляционные матрицы _CA' и _CA” для этих двух сетей. Затем библиотека комбинирует _CA′ и _CA″ в одну корреляционную матрицу _CA с помощью уравнения

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

Матрицы ABCD-параметра в каскадном объединении согласно умножению матриц:

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

Если будет другой элемент в каскаде, те же вычисления будут выполняться с помощью этих ABCD-параметров, а также ABCD-параметров, соответствующих следующему элементу. Рекурсия завершит работу с шумовой корреляционной матрицей, имеющей отношение к целой системе. Библиотека затем вычисляет системную фигуру шума из этой матрицы.

Для получения дополнительной информации об этих методах вычисления, см. следующую статью:

Hillbrand, H. и П.Х. Рассер, “Эффективный метод для Компьютера помог Шумовому Анализу Линейных Сетей Усилителя”, Транзакции IEEE на Схемах и Системах, издании CAS-23, Номере 4, стр 235–238, 1976.

Вычислите приведенную мощность шума

Библиотека использует шумовую мощность, чтобы определить амплитуду шума, который это добавляет в физическую систему с помощью Гауссова распределенного генератора псевдослучайного числа. Это использует и шумовую температуру и полосу пропускания моделирования, чтобы вычислить шумовую мощность:

Шумовая мощность = kTB

где k является константой Больцманна, T является шумовой температурой в Келвине, и B является полосой пропускания в герц.

Библиотека вычисляет шумовую температуру из заданного или вычислила шумовые значения фигуры для системы, и это вычисляет полосу пропускания моделирования из шага расчета модели и центральной частоты.

Документация