主要内容

增益和噪声图谱的测量

此示例使用：

开放脚本

这个例子展示了如何使用射频模块集来测量给定频谱范围内射频系统的增益和噪声系数。

该示例需要DSP系统工具箱™。

介绍

在本例中，描述了测量射频系统频率相关增益和噪声系数的方法。这些光谱特性是针对两个射频系统测量的；一个低噪声放大器和匹配时的同一个放大器。用于测量的模型如下所示：

模型=“GainNoiseMeasurementExample”开放式系统（模型）；

该模型有两个测量单元，每个单元连接到包含DUT的不同子系统。上部测量单元连接到DUT子系统中具有黄色背景的不匹配LNA：

open_system([模型' / DUT无与伦比的']);

下面的测量单元连接到DUT子系统中与之匹配的蓝色背景的LNA:

open_system([模型' / DUT匹配”]);

每个测量单元输出表示相应DUT的增益和噪声系数的频谱的两个矢量信号，并将其输入到两个测量单元中数组的阴谋（DSP系统工具箱）绘制上述特性与频率关系图的块，比较未匹配和匹配的DUT系统。在以下部分中，描述了匹配网络设计过程，给出了模拟结果，并与LNA和匹配网络特性的预期结果进行了比较。最后，测量单元内使用的程序对获得的光谱增益和噪声结果进行了解释。

匹配网络的设计

匹配DUT子系统中使用的匹配网络包括单级L-C网络，该网络按照与RF工具箱示例中所述相同的程序设计低噪声放大器匹配网络的设计．由于这里使用的LNA是不同的，所以设计如下所述

最初,一个射频放大器创建对象以表示文件中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,圆方法射频放大器对象用于将恒定可用增益和恒定噪声系数圆圈放置在史密斯图上，并选择适当的源反射系数GammaS，以在增益和噪声之间提供适当的折衷。选择的GammaS值在中心频率处产生Ga=21dB的可用增益和NF=0.9dB的噪声系数fc=5.5GHz：

不匹配的放大器=读取（电路放大器，“RF_HBT_LNA.S2P”); fc=5.5e9；%中心频率（Hz）圆圈（不匹配的_amp，fc，“刺”,“在”,“刺”,“出去”,“嘎”,15:2:25,．..“NF”,0.9:0.1:1.5);%选择伽玛并显示在史密斯图表上:持有在GammaS=0.411*exp（1j*106.7*pi/180）；绘图（GammaS，“k”。,“MarkerSize”，16）文本（实（伽马）+0.05，图像（伽马）+0.05，“\Gamma_{S}”,“字体大小”12．..“FontUnits”,“正常化”)hLegend=图例(“位置”,“东南”)；hLegend.String=hLegend.String（1:end-1）；保持远离的

对于所选Gamma，可以获得以下特性：

归一化源阻抗:Zs=gamma2z（GammaS，1）；匹配| γ |的，等于复共轭的% |GammaOut|显示在数据提示:GammaL=0.595*exp（1j*135.0*pi/180）；%标准化负载阻抗：Zl = gamma2z (GammaL, 1);

输入匹配网络由一个并联电容Cin和一个串联电感Lin组成。史密斯图是用来查找组件值的。为了做到这一点，恒定电导圆穿过史密斯图的中心和恒定电阻圆穿过伽马已打印和交点（点\ Gamma_A美元)发现：

[~，hsm]=圆圈（不匹配的\u amp，fc，“G”,1,“R”真正的(z));歌舞青春。类型=“YZ”;选择GammaA并在smith图表上显示兴趣点:持有在绘图（GammaS，“k”。,“MarkerSize”，16）文本（实（伽马）+0.05，图像（伽马）+0.05，“\Gamma_{S}”,“字体大小”12．..“FontUnits”,“正常化”)图（0,0，“k”。,“MarkerSize”，16）GammaA=0.384*exp（1j*（-112.6）*pi/180）；绘图（gamma，“k”。,“MarkerSize”16）文本（实数+0.05，imag-0.05，“\Gamma_{A}”,“字体大小”12．..“FontUnits”,“正常化”)hLegend=图例(“位置”,“东南”）;hLegend。字符串= hLegend.String (1: end-3);持有远离的

使用选择的GammaA，可获得输入匹配网络组件Cin和Lin：

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

以类似的方式，使用交点（点）获得输出匹配网络组件$\Gamma\u B$)在穿过史密斯图中心的恒导圆和穿过的恒阻圆之间伽玛:

[hLine，hsm]=圆圈（无与伦比的，“G”,1,“R”,真正的(Zl));歌舞青春。类型=“YZ”;选择GammaB并在smith图表上显示兴趣点: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”,“正常化”)图（0,0，“k”。,“MarkerSize”*exp(1j*(-127.8)*pi/180);情节(GammaB“k”。,“MarkerSize”，16）文本（实数（GammaB）+0.05，imag（GammaB）-0.05，“\Gamma_{B}”,“字体大小”12．..“FontUnits”,“正常化”)hLegend=图例(“位置”,“东南”）;hLegend。字符串= hLegend.String (1: end-3);持有远离的

使用所选GammaB，可获得输入匹配网络组件Cout和Lout：

%获得对应于GammaB的导纳Yb：Zb=gamma2z（GammaB，1）；Yb=1/Zb；使用Yb，找到Cout和Lout:Cout=imag（Yb）/50/2/pi/fc
Cout=8.9651e-13
Lout=（imag（Zl）-imag（Zb））*50/2/pi/fc
Lout=1.21311e-09

增益和噪声系数谱测量模型的仿真结果

上述输入和输出网络分量值用于前面描述的增益和噪声系数谱测量模型中匹配的DUT的仿真。Array Plot块显示的光谱结果如下:

open_system([模型“/增益谱”]);open_system([模型“/噪声系数谱”])；sim（型号1e-4）；

接下来，将模拟结果与预期的分析结果进行比较。为了便于比较，使用RF工具箱分析未匹配和匹配的放大器网络。此外，由于需要更详细的细节，模拟将运行更长的时间。文件中给出了更长模拟的结果“GainNoiseResults.mat”．

分析不匹配的放大器BW_analysis = 2 e9;%分析带宽(Hz)f_分析=（-BW_分析/2:1e6:BW_分析/2）+fc；分析（不匹配的_-amp，f_分析）；为匹配的放大器创建和分析射频网络输入匹配=rfckt.cascade(“电路”,．..{rfckt.RLC(“C”、Cin) rfckt.seriesrlc (“我,林)});output_match = rfckt.cascade (“电路”,．..{rfckt.seriesrlc (“我，Lout），rfckt.RLC(“C”，Cout）}）；匹配的(“ckts”,．..{输入匹配，非匹配匹配匹配，输出匹配}）；分析（匹配匹配匹配，f匹配分析）；%加载较长模拟的结果负载“GainNoiseResults.mat”fGainSpectrumNF频谱;绘制预期和模拟传感器增益StdBlue=[0.45 0.74]；StdYellow=[0.93,0.69,0.13]；hLineUM=plot（不匹配的，“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系数hFig=图；hLineUM=绘图（不匹配的，“NF”,“数据库”）;hLineUM。颜色= StdYellow;传奇(“位置”,“西北”)举行在图（f，NF谱（：，1），'.',“颜色”, StdYellow);hLineM =情节(matched_amp,“NF”,“数据库”); hLineM.Color=StdBlue；图（f，NF谱（：，2），'.',“颜色”, StdBlue);传奇({“NF分析-不匹配”,．..“NF模拟-不匹配”,．..“NF分析-匹配”,．..“NF模拟-匹配”},“位置”,“西北”）;

计量单位的运作

测量单元产生输入信号DUT_in，该信号由零均值白噪声和零方差脉冲响应信号组成。后者用于确定被DUT增益的频率响应，并与白噪声一起确定被DUT噪声系数。测量单元收集DUT输出信号，对其进行加窗FFT，然后进行统计计算，获得DUT的增益和噪声值。

open_system([模型“/噪声和增益测量”],“武力”）;

统计计算在蓝色标记区域进行。计算使用频域中的三个输入：仅输入噪声、仅输入信号和输出信号。仅将输入信号与输出信号的平均值进行比较，以确定DUT的增益，$G$，在每个频率段。输出信号的方差（去除平均信号）产生DUT系统的输出噪声，$N_o$，以及馈送至DUT的输入噪声，N_i美元，只取输入噪声的方差，即噪声图，$NF$，可以用以下公式计算:

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

在那里,$SNR{in}$和美元SNR_{出}$在上述等式中，是DUT输入和输出处的信噪比。最后，在转换为分贝后，将光谱结果划分为多个存储单元，并在其中进行平均，以加快收敛速度。此外，为了提高噪声计算的收敛性，一旦增益达到收敛，输出噪声方差将被重置。

影响测量装置运行的特性在块的掩码参数对话框如下图所示：

这些参数描述如下:

  • 采样时间-测量单元创建的信号的采样时间。采样时间还控制测量单元捕获的总模拟带宽。

  • FFT大小-用于获取测量单元内信号频域表示的FFT箱数。

  • 凯撒窗口的测试版$\beta$测量单元内所有FFT计算中使用的Kaiser窗口的参数。增加$\beta$加宽主瓣并降低窗口频率响应的副瓣振幅。

  • 频谱覆盖率-介于0和1之间的值，表示测量单元处理的总模拟带宽的一部分。

  • 仓数-由测量单元产生的增益和NF信号的输出频率仓数。覆盖频谱内的FFT箱被重新分配到那些输出箱中。多个FFT仓落在同一个输出仓的平均值。

  • 平均信号与均方根噪声之比-测量装置产生的信号中DUT_的平均信号振幅与均方根噪声之比。较大的值可提高DUT增益计算的收敛性，但由于数值不准确而降低噪声计算的准确性。

  • 增益容差-相对于其平均值的增益变化阈值。当达到阈值时，增益被视为收敛，从而触发输出噪声计算的重置。

关闭(hFig);bdclose(模型);清晰的模型hLegendhsm线hLegend标准蓝斯特代洛hLineUMhLineMhFig；清楚伽马Zs伽玛兹尔甘玛Za嗯伽玛Zb镱；清楚无与伦比的放大器BW_分析f_分析输入匹配输出匹配匹配放大器;

另见

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