主要内容

电路包络基础

简介

电路包络技术加快了射频系统仿真。在仿真金宝app软件®,模拟高频信号需要一个与射频系统中存在的最高频率成比例的时间步长。然而,射频信号的调制频率或包络可以比最高频率小几个数量级。电路包络技术利用这一条件对射频信号进行精确建模,同时减少仿真时间。

例如,下图显示了使用带有信号的电路包络的好处xt

信号的电路包络。

该信号由高频载波或中心频率上的时变调制信号组成。在许多射频应用中,调制信号的频率,一个t,小于载波的频率,fc

RF Blockset™软件处理载波因为(2πfct分析上,只模拟调制信号。射频块集采用等效基带和电路包络两种方法进行仿真。在这两种方法中,仿真引擎在调制信号的尺度上采取时间步长,而不是载波。

与等效基带模拟相比,电路包络允许包含除带内频谱再生之外的额外非线性效应,适用于多载波模拟。

使用电路包络模拟,您可以建模:

  • 偶阶和奇阶非线性效应,产生带内和带外谐波和频谱再生

  • 多端口和宽带滤波(频率选择)效应,如s参数引入的效应,包括阻抗不匹配

  • 带内和带外干扰和刺激信号,包括混合效应

  • 直流转换和直流偏移

  • 任意本振信号,包括相位噪声

  • 热噪声产生

  • 由Simulink信号控制的可调谐射频元件(VGA,开关,RLC,衰金宝app减器,移相器等)

电路包络模拟的假设

在电路包络模拟中,假设信号的调制包络随载波缓慢变化。这种类型的模拟假设信号包络在载波的单个周期内是恒定的(准静态假设)。当一个信号包络的频率至少比载频小一个数量级时,就可以认为它是窄带信号。

对于实通带和宽频带调制信号,电路包络能提供正确的结果。但是,该仿真比传统的时域(瞬态)仿真技术(如Simulink支持的技术)要慢。金宝app金宝app如果您的输入是超宽带信号,或者如果您要处理填充模拟频谱的许多调制信号,请使用时域通带模拟。

在考虑准静态假设时,需要考虑非线性的影响,它增加了信号包络的带宽。信号包络,包括带内频谱再生,与载频相比应该是窄带的。因此,电路包络不太适合模拟硬非线性,如由剪切或饱和效应引起的非线性。

在多载波信号中,不建议使用重叠包络。当载波频率间隔的距离小于包络带宽时,就会发生重叠包络。在这种情况下,可以减少模拟时间步长,并在单个包络内容纳信号信息。有关更多信息,请参见配置

什么是电路包络?

电路包络是叠加在谐波平衡分析上的时域(瞬态)模拟。分析是在离散的时间点上进行的。

谐波平衡是一种频域方法,用于计算非线性电路在有限数量谐波激励时的稳态响应。该分析在频域求解方程组,适用于模拟频率定义的分量,如s参数或传输线。

电路包络采用谐波平衡来分析各时间步的系统响应。仿真从信号载波中得到分析频率。谐波音系数随时间变化,采用瞬态仿真处理。这个过程提供了谐音周围随时间变化的包络。

在下面的图中,您可以看到电路包络模拟的示意图。一种以周围为中心的调制正弦信号是非线性系统的输入。系统的输出有多个谐波,每个谐波都有一个时变包络。

电路包络模拟的示意图表示

在电路包络中,时间步长应该足够小,以捕获包络的带宽,而不是信号的最大频率(载波)。较小的仿真时间步长对应较大的仿真(包络)带宽,因此仿真速度较慢。

在Configuration块中设置电路包络模拟时间步长。仿真时间步长必须足够小,以捕获信号调制(带宽)和由系统非线性引起的带内频谱再生。同时,仿真时间步长应尽可能大,以提高仿真速度。通过在此值范围内使用模拟时间步长,可以在精度和模拟速度之间找到折衷

  • 使用小于1/(2*带宽)的仿真时间步长值来满足奈奎斯特准则并正确采样信号调制。

  • 使用大于或等于1/(8*带宽)的模拟时间步长值,以在包络边缘获得最大精度。在模拟s参数块、滤波器和频率定义组件时,可以使用这些值范围。该时间步值还捕获了由奇阶非线性引起的带内频谱再生。

时域仿真与频域分析

电路包络结合了时域模拟和频域分析,有两种特别有趣的边缘情况。

  • 如果所有信号源的载频均为0,则仿真简化为具有固定时间步长的纯瞬态(实通带)仿真。不进行谐波平衡。此配置不会加速射频系统仿真。

  • 如果仿真停止时间等于0,则仿真简化为对系统的纯静态非线性分析(谐波平衡)。没有进行时域模拟。这种配置有利于射频系统的稳态分析,例如了解从许多信号产生的能量分配,或用于交流系统分析。

电路包络模拟如何工作射频Blockset

考虑一个射频块集电路。你可以把这个电路分为三个部分:输入信号生成,射频子系统,输出信号可视化。

射频块集模型

输入信号产生

您可以使用两种输入信号源:

  • 金宝appSimulink信号源

  • 射频块集信号源

如果您正在使用Simulink信号源,金宝app则需要一个进入RF子系统的网关(轮廓尺寸块)。Simu金宝applink输入信号表示RF信号的调制。信号可以是复杂的,也可以是真实的,这取决于它所携带的信息。在电路包络模拟环境中对载波上的常数调制进行建模连续波块。您还可以在射频系统中使用电流或电压噪声源对噪声进行建模噪音块。

如果输入信号是一个矢量,矢量的每个元素表示要围绕某一载波频率调制的包络信号。中指定输入信号的载波频率轮廓尺寸块。

射频子系统

RF子系统(用蓝色突出显示)由三个主要块组成:导入、配置和输出。您可以在您的RF子系统中包含尽可能多的输入或输出块。

  • 轮廓尺寸:输入块通过实现复频率乘法对输入信号在载波频率周围进行理想频移。如果输入信号是一个矢量,其中每个元素代表一个单独的包络,则可以为每个元素指定单独的载波频率。

    你也可以指定一个零载波频率对应于一个实通带信号。在这种情况下,输入信号的虚部被忽略。

    有关更多信息,请参见轮廓尺寸

  • 配置:使用Configuration块指定以下内容:

    • 仿真时间步长,它决定了包络仿真的带宽。所有的信号包络都有相同的带宽。为了避免输入信号的重采样和混叠,对于多个输入系统,使用与Simulink中的信号输入相同的时间步长。金宝app对于单输入系统,使用较慢的输入信号与插值滤波器复选框。

    • 仿真的谐波阶数,它决定了用于执行谐波平衡分析的仿真频率的总数。自动选项给出了谐波频率的保守选择。仿真时间与仿真频率总数成正比。如果你的电路在轻度非线性条件下工作,你可以通过降低谐波阶数来加速模拟。

    • 载波功率的归一化,用于按其均方根值缩放平均信号功率。使用此选项可根据实际通带表示的均方根功率来缩放信号包络的平均功率。

    • 用于产生热噪声的温度和种子。

    有关更多信息,请参见配置

  • 外港: Outport块是电路信封到Simulink环境的返回网关。金宝app如果指定的载波频率不是零,则该块返回指定载波周围信号的复包络。输出端口块用于探测指定载波上的调制信号,以便使用频谱分析仪查看或进行进一步的信号处理。

    欲了解更多信息,外港

输出信号可视化

您可以使用Simulin金宝appk接收器来可视化RF信号。要在Simulink中访问电路包络信号,您需要一个输出端口块作为RF子系统的金宝app网关。Outport块探测以指定载波频率为中心的信号包络。

通过使用时间范围,您可以检查调制信号的时变内容,而无需绘制各自的载波频率。

通过使用频谱分析仪,您可以检查调制信号的频谱内容,这些信号隐式地围绕不同的载波频率。

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