增益和噪声谱的测量

这个示例使用:

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这个例子展示了如何使用射频块集来测量射频系统在给定光谱范围内的增益和噪声数字。

这个例子需要DSP System Toolbox™。

介绍

在这个例子中，描述了一种测量射频系统频率相关增益和噪声数字的方法。测量了两个射频系统的光谱特性;一个单一的低噪声放大器和相同的放大器匹配时。测量模型如下图所示:

模型=“GainNoiseMeasurementExample”;open_system（模型）;

该模型有两个测量单元，每个都连接到包含DUT的不同子系统。上层测量单元连接到DUT子系统中一个不匹配的LNA，背景为黄色:

open_system([模型' / DUT无与伦比的']);

下测单元连接到DUT子系统中一个匹配的LNA，背景为蓝色:

open_system([模型' / DUT匹配”]);

每个测量单元输出两个矢量信号，分别表示对应被测对象的增益谱和噪声谱，并输入到两个矢量信号中数组的阴谋块绘制上述属性与频率，比较未匹配和匹配的DUT系统。在接下来的章节中，描述了匹配网络的设计过程，给出了仿真结果，并与预期的LNA和匹配网络特性进行了比较。最后，解释了在测量单元内获取光谱增益和噪声结果的过程。

匹配网络的设计

匹配DUT子系统中使用的匹配网络包括一个单级L-C网络，该网络的设计过程与RF工具箱示例中描述的过程相同“设计配对网络-第1部分”。由于这里使用的LNA不同，所以设计如下

最初,一个rfckt.amplifier对象被创建以表示在该文件中所指定的基于异质结双极晶体管的低噪声放大器，'RF_HBT_LNA.S2P'。然后,圆的方法rfckt.amplifier对象用于将恒定有效增益和恒定噪声图形圆放置在Smith图上，并选择适当的源反射系数，在增益和噪声之间提供适当的折衷。选定的伽玛斯值可获得Ga=21dB的增益，在中心频率fc=5.5GHz处的噪声系数NF=0.9dB:

unmatched_amp =读（rfckt.amplifier，'RF_HBT_LNA.S2P');FC = 5.5e9;中心频率(Hz)圆(unmatched_amp fc,“刺”,“在”,“刺”,“出”,“嘎”，15：2：25，...“NF”0.9:0.1:1.5);选择并显示在史密斯图表:持有在γ= 0.411 * exp(1 * 106.7 *π/ 180);情节(γ“k”。,“MarkerSize”16)文本(真正的(γ)+ 0.05,图像放大(γ)-0.05,“\ Gamma_{年代},'字体大小'12...“FontUnits”,“归一化”) hLegend =传奇(“位置”,“东南”);hLegend.String = hLegend.String（1：结束-1）;持有从

对于选定的伽玛，可以得到以下性质:

%归一化源阻抗:ZS = gamma2z（反差系数，1）;的复共轭数据提示上显示的% |GammaOut|:甘默尔= 0.595 * EXP（1J * 135.0 * PI / 180）;％归一化负载阻抗：Zl = gamma2z (GammaL, 1);

输入匹配网络由一个并联电容器Cin和一个串联电感Lin组成，利用Smith图查找元件值。要做到这一点，穿过史密斯图中心的恒定电导圆和穿过的恒定电阻圆反差系数和交点(点\ Gamma_A美元)发现:

[~， hsm] =圆圈(unmatched_amp,fc，'G',1“R”真正的(z));歌舞青春。类型=“YZ”;选择GammaA并在smith图表中显示兴趣点:持有在情节(γ“k”。,“MarkerSize”16)文本(真正的(γ)+ 0.05,图像放大(γ)-0.05,“\ Gamma_{年代},'字体大小'12...“FontUnits”,“归一化”)图(0,0,“k”。,“MarkerSize”(16) GammaA = 0.384*exp(1j*(-112.6)*pi/180);情节(GammaA“k”。,“MarkerSize”16)文本(真正的(GammaA) + 0.05,图像放大(GammaA) -0.05,'\ Gamma_ {A}','字体大小'12...“FontUnits”,“归一化”) hLegend =传奇(“位置”,“东南”);hLegend.String = hLegend.String（1：结束-3）;持有从

利用选定的GammaA，得到输入匹配网络组件Cin和Lin:

%获得对应于GammaA的导纳Ya:咱= gamma2z (GammaA, 1);丫= 1 /咱;％使用雅，发现CIN和林：Cin = imag(Ya)/50/2/pi/fc Lin = (imag(Zs) - imag(Za))*50/2/pi/fc
Cin = 4.8145e-13 Lin = 1.5218e-09

以相似的方式，利用交点(点)得到输出匹配的网络分量\ Gamma_B美元）的恒定电导圆交叉的史密斯圆图的中心和定电阻圆跨越之间甘默尔:

[HLINE，HSM] =圆（unmatched_amp，FC，'G',1“R”,真正的(Zl));歌舞青春。类型=“YZ”;选择GammaB并在smith图表中显示兴趣点:持有在情节(GammaL“k”。,“MarkerSize”16)文本(真正的(GammaL) + 0.05,图像放大(GammaL) -0.05,'\ Gamma_ {L}','字体大小'12...“FontUnits”,“归一化”)图(0,0,“k”。,“MarkerSize”(16) GammaB = 0.612*exp(1j*(-127.8)*pi/180);情节(GammaB“k”。,“MarkerSize”，16）文本（实（GammaB）+ 0.05，IMAG（GammaB）-0.05，“\ Gamma_ {B}’,'字体大小'12...“FontUnits”,“归一化”) hLegend =传奇(“位置”,“东南”);hLegend.String = hLegend.String（1：结束-3）;持有从

使用选定的GammaB，输入匹配网络部件，COUT和Lout的，获得：

%获得对应于GammaB的导纳Yb:Zb = gamma2z(GammaB, 1);Yb = 1 / Zb;%使用Yb，找出Cout和Lout:Cout =图像放大(Yb) / 50/2π/ fc
COUT = 8.9651e-13
LOUT =（IMAG（ZL） -  IMAG（ZB））* 50/2 / PI / FC
笨拙的人= 1.2131 e-09

仿真结果增益和噪声系数谱测量模型

上述输入和输出网络分量值用于前面描述的增益和噪声图频谱测量模型中匹配DUT的仿真。阵列图块显示的光谱结果如下:

open_system([模型“/增益谱”]);open_system([模型' /噪声频谱图]);SIM（模型，1E-4）;

接着，模拟结果与分析预期的相比。为了便于比较，不匹配和匹配放大器网络使用RF工具箱进行分析。此外，因为需要更精细的细节，模拟运行更长的时间。较长的仿真结果的文件中给出“GainNoiseResults.mat”。

分析不匹配的放大器BW_analysis = 2 e9;%分析带宽(Hz)f_analysis =（-BW_analysis / 2：1E6：BW_analysis / 2）+ FC;分析（unmatched_amp，f_analysis）;为匹配的放大器创建和分析射频网络input_match = rfckt.cascade（“电路”,...{rfckt.shuntrlc（'C'、Cin) rfckt.seriesrlc (“L”,林)});output_match = rfckt.cascade (“电路”,...{rfckt.seriesrlc (“L”，Lout的），rfckt.shuntrlc（'C'，COUT）}）;matched_amp = rfckt.cascade（“电路”,...{input_match, unmatched_amp, output_match});分析(matched_amp f_analysis);%负载结果的较长的模拟加载“GainNoiseResults.mat”fGainSpectrumNFSpectrum;％绘制预期和模拟转换器增益StdBlue = [0 0.45 0.74];StdYellow = (0.93, 0.69, 0.13);hLineUM =情节(unmatched_amp,'GT',“数据库”);hLineUM。颜色= StdYellow;持有在情节（F，GainSpectrum（：，1），“。”,“颜色”,StdYellow);hLineM =情节(matched_amp,'GT',“数据库”);hLineM。颜色= StdBlue;情节(f, GainSpectrum (:, 2),“。”,“颜色”,StdBlue);传奇({'G_t分析-不匹配',...“G_T模拟 - 无与伦比”,...'G_t分析-匹配',...“G_T模拟 - 匹配”},“位置”,'西南');％绘制预期和模拟噪声图hFig =图;hLineUM =情节(unmatched_amp,“NF”,“数据库”);hLineUM。颜色= StdYellow;传奇(“位置”,“西北”)举行在情节(f, NFSpectrum (: 1),“。”,“颜色”,StdYellow);hLineM =情节(matched_amp,“NF”,“数据库”);hLineM。颜色= StdBlue;情节(f, NFSpectrum (:, 2),“。”,“颜色”,StdBlue);传奇({NF分析-不匹配,...“NF模拟 - 无与伦比”,...NF分析-匹配,...“NF模拟 - 匹配”},“位置”,“西北”);

测量单元的操作

测量单元产生一个输入信号DUT_in，它由零均值白噪声和零方差脉冲响应信号组成。后者用于确定DUT增益的频率响应，并与白噪声一起确定DUT噪声图。测量单元采集被测对象的输出信号，对其进行加窗FFT，然后进行统计计算，得到被测对象的增益和噪声图。

open_system([模型'/噪音及增益测量'),'力');

统计计算在标记为蓝色的区域来完成。计算使用在频域中三个输入;输入噪声只有，只有输入信号和输出信号。输入信号仅与平均输出信号来确定DUT的增益相比，G美元在每个频率仓。的输出信号的方差，平均信号中去除，产生了DUT系统的输出噪声，当美元，连同输入噪声馈送到DUT，$ n_i个$，只取输入噪声的方差，即噪声图，$ NF $，可用下式计算:

$ $ NF = \压裂{SNR_{在}}{SNR_{出来}}= \压裂{当}{N_i G} $ $

在那里,美元$ SNR_{}中和美元SNR_{出}$在上面的方程是信号 - 噪声比在DUT的输入和输出。最后，转换为分贝后，频谱结果分为箱，并在其中平均便于更快的收敛。此外，为了改善噪声计算收敛，一旦增益已经达到收敛输出噪声方差被复位。

影响测量单元的操作的属性是在特定块的掩码参数对话框如下所示:

这些参数说明如下:

  • 采样时间 - 由所述测量单元所创建的信号的采样时间。采样时间也管辖由测量单元所捕获的总模拟带宽。

  • FFT大小-用于获取测量单元内信号的频域表示的FFT箱数。

  • 贝塔凯撒窗口-β\美元凯塞窗的参数在测定单元内的所有FFT计算中使用。增加β\美元加宽了主瓣和降低了窗口的频率响应的旁瓣的幅度。

  • 光谱覆盖率 - 0和1之间值，表示由所述测量单元所处理的模拟总带宽的部分。

  • 仓的数 - 数在由测量单元所创建的增益和NF的信号输出频率仓。该被覆盖的频谱内的FFT单元是重新分布到那些输出箱。多个FFT箱落入相同的输出纸盒的平均值。

  • 平均信号的比率RMS噪声 - 的平均信号幅度与RMS噪声在由测量单元所创建的DUT_in信号的比率。一个较大的值提高了DUT增益计算的收敛性，但降低了噪声计算的准确性由于数值不精确。

  • 增益公差 - 相对于其平均增益变化的阈值。当阈值被击中，则增益被认为是收敛，触发对输出噪声计算一个复位。

关闭(hFig);bdclose(模型);清晰的模型hLegendHSM线hLegendStdBlueStdYellowhLineUMhLineMhFig;清晰的反差系数z甘默尔ZlGammaA咱雅GammaBZb镱;清晰的unmatched_ampBW_analysisf_analysisinput_matchoutput_matchmatched_amp;
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使用MATLAB对射频功率放大器进行建模，并使用DPD增加发射机线性度

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