主要内容

增益和噪声系谱的测量

这个示例使用:

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此示例显示了如何使用RF块集测量在给定光谱范围内RF系统的增益和噪声系数。

该示例需要DSP系统工具箱™。

介绍

在该示例中，描述了用于测量RF系统的频率相关增益和噪声系数的方法。测量两个RF系统的光谱性能;单个低噪声放大器和匹配时的放大器。用于测量的模型如下所示：

模型=“GainNoiseMeasurementExample”；Open_System（型号）;

该模型具有两个测量单元，每个测量单元连接到包含DUT的不同子系统。上部测量单元与DUT子系统中的无与伦比的LNA连接，其中黄色背景：

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']）;

每个测量单元输出两个矢量信号，表示相应DUT的增益和噪声系数的频谱，并且将它们输入到两个数组的阴谋(DSP系统工具箱)块绘制上述属性与频率，比较无与伦比和匹配的DUT系统。在以下部分中，描述了匹配的网络设计过程，给出了仿真结果并与来自LNA的预期和匹配网络属性进行比较。最后，解释了测量单元内使用的过程以获得光谱增益和噪声结果。

匹配网络的设计

匹配的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工具箱示例中描述的相同的过程设计低噪声放大器的匹配网络设计．由于这里使用的LNA不同，因此以下描述设计

最初，An.rfckt.amplifier.对象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,圆圈方法的方法rfckt.amplifier.对象用于将常量可用增益和恒定噪声系数圆圈放置在史密斯图中，并选择适当的源反射系数，伽马，在增益和噪声之间提供合适的折衷。选择的伽玛值产生Ga = 21db的可用增益，并且在中心频率fc = 5.5ghz处的NF = 0.9dB的噪声系数：

unpatched_amp = read（rfckt.amplifier，'rf_hbt_lna.s2p'）;Fc = 5.5e9;中心频率(Hz)圆圈（unpatched_amp，fc，“刺”那“在”那“刺”那“出”那'ga'，15：2：25，......“NF”，0.9：0.1：1.5）;%选择伽玛并显示在史密斯图表上:抓住在伽玛= 0.411 * exp（1J * 106.7 * PI / 180）;绘图（伽玛，“k”。那“MarkerSize”16)文本(真正的(γ)+ 0.05,图像放大(γ)-0.05,“\ Gamma_{年代}那'字体大小'，12，......“FontUnits”那'标准化'hlegend = legend（“位置”那“东南”）;hlegend.string = hlegend.string（1：结束-1）;抓住从

对于所选伽玛，可以获得以下属性：

％标准化源阻抗：zs = gamma2z（伽玛，1）;匹配| γ |的，等于复共轭的% |GammaOut|显示在数据提示:伽马= 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分流电容，CIN和一个系列电感器组成，LIN。史密斯图表用于查找组件值。为此，跨越史密斯图的中心的恒定电导圈和跨越的恒定电阻圈伽玛被绘制和交叉点（点\ Gamma_A美元）被发现：

[~， hsm] = circle(unmatched_amp,fc，)'G', 1'r'真正的(z));歌舞青春。类型=“YZ”；选择GammaA并在smith图表上显示兴趣点:抓住在绘图（伽玛，“k”。那“MarkerSize”16)文本(真正的(γ)+ 0.05,图像放大(γ)-0.05,“\ Gamma_{年代}那'字体大小'，12，......“FontUnits”那'标准化')图(0,0,“k”。那“MarkerSize”，16）Gammaa = 0.384 * exp（1J *（ -  112.6）* pi / 180）;情节（Gammaa，“k”。那“MarkerSize”16)文本(真正的(GammaA) + 0.05,图像放大(GammaA) -0.05,'\ gamma_ {a}'那'字体大小'，12，......“FontUnits”那'标准化'hlegend = legend（“位置”那“东南”）;hlegend.string = hlegend.string（1：结束-3）;抓住从

利用所选的gamma，得到输入匹配网络元件Cin和Lin:

％获得对应于γA的导纳ya：za = gamma2z（gammaa，1）;ya = 1 / za;％使用ya，找到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，利用交点(点\ Gamma_B美元）在穿过史密斯图的中心的恒定电导圈和跨越跨越的恒定电阻圆之间伽马：

[HLINE，HLINE，HLINE] = Circle（Unmatched_amp，FC，'G', 1'r',真正的(Zl));歌舞青春。类型=“YZ”；％选择吉姆布并显示史密斯图表的兴趣点：抓住在图（伽马，“k”。那“MarkerSize”，16）文本（真实（伽马）+ 0.05，Imag（伽马）-0.05，'\ gamma_ {l}'那'字体大小'，12，......“FontUnits”那'标准化')图(0,0,“k”。那“MarkerSize”*exp(1j*(-127.8)*pi/180);情节(GammaB“k”。那“MarkerSize”，16）文本（Real（GAMMAB）+ 0.05，IMAG（GAMMAB）-0.05，“\ Gamma_ {B}’那'字体大小'，12，......“FontUnits”那'标准化'hlegend = legend（“位置”那“东南”）;hlegend.string = hlegend.string（1：结束-3）;抓住从

使用所选择的伽马属，获得输入匹配的网络组件，COUT和LOUT，获取：

获得gamma mab对应的导纳Yb:zb = gamma2z（gammab，1）;YB = 1 / ZB;使用Yb，找到Cout和Lout:cout = imag（yb）/ 50/2 / pi / fc
Cout = 8.9651 e-13
Lout = (imag(Zl) - imag(Zb))*50/2/pi/fc
Lout = 1.2131E-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模拟匹配的DUT中的增益和噪声系数频谱测量模型中的匹配DUT。在阵列绘图块中显示的光谱结果如下：

Open_System（[模型'/ gain spectrum']）;Open_System（[模型' /噪声频谱图]）;SIM（型号，1E-4）;

接下来，将模拟结果与预期的预期进行比较。为了便于比较，使用RF工具箱分析无与伦比和匹配的放大器网络。此外，作为需要更精细的细节，模拟运行较长的时间。较长模拟的结果在文件中给出“GainNoiseResults.mat”．

分析不匹配的放大器bw_analysis = 2e9;%分析带宽(Hz)F_Analysis =（-Bw_Analysis / 2：1E6：Bw_Analysis / 2）+ Fc;分析（无与伦比的_PAMP，F_Analysis）;为匹配的放大器创建和分析射频网络input_match = rfckt.cascade（'ckts'那......{rfckt.shuntrlc（'C'，cin），rfckt.seriesrlc（“L”,林)});output_match = rfckt.cascade ('ckts'那......{rfckt.seriesrlc（“L”，lout），rfckt.shuntrlc（'C'，cout）}）;matched_amp = rfckt.cascade（'ckts'那......{input_match, unmatched_amp, output_match});分析(matched_amp f_analysis);%加载一个较长的模拟结果加载“GainNoiseResults.mat”FGainSpectrumnfspectum.；％绘图预期和模拟换能器增益stdblue = [0 0.45 0.74];stdyellow = [0.93,0.69,0.13];hlineum = plot（unpatched_amp，'gt'那'D b'）;hlineum.color = stdyellow;抓住在绘图（F，GainsPectrum（：1），'。'那“颜色”, StdYellow);hLineM =情节(matched_amp,'gt'那'D b'）;hlinem.color = stdblue;绘图（F，GainsPectrum（:,2），'。'那“颜色”，stdblue）;传奇（{'g_t分析 - 无与伦比的'那......'g_t模拟 - 无与伦比的'那......'g_t分析 - 匹配'那......'g_t模拟 - 匹配'},“位置”那'西南'）;％绘图预期和模拟噪声数字hfig =图;hlineum = plot（unpatched_amp，“NF”那'D b'）;hlineum.color = stdyellow;传奇（“位置”那'西北')举行在绘图（F，NFSpectrum（：，1），'。'那“颜色”, StdYellow);hLineM =情节(matched_amp,“NF”那'D b'）;hlinem.color = stdblue;情节(f, NFSpectrum (:, 2),'。'那“颜色”，stdblue）;传奇（{“NF分析-不匹配”那......'NF模拟 - 无与伦比'那......“NF分析-匹配”那......'NF模拟 - 匹配'},“位置”那'西北'）;

测量单元的操作

测量单元产生输入信号DUT_IN，其由零平均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，以及与白噪声相同决定DUT噪声系数。测量单元收集DUT输出信号，在其上执行窗口的FFT，然后促进统计计算以获得DUT的增益和噪声系数。

Open_System（[模型'/噪音和增益测量']，'力量'）;

统计计算是在蓝色标记的区域内完成的。计算使用频率域中的三个输入;仅限输入噪声，仅限输入信号和输出信号。将输入信号与输出信号的平均值进行比较，以确定被测器件的增益，G美元，在每个频率箱。输出信号的差异，拆除平均信号，产生DUT系统的输出噪声，当美元，以及输入DUT的输入噪声，$ n_i $，只取输入噪声的方差，即噪声图，$ nf $，可以使用以下公式计算：

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

在哪里，$ snr_ {in} $和$ snr_ {out} $在上面的等式中是DUT的输入和输出处的信噪比。最后，在转换为分贝之后，光谱结果被分成垃圾箱并在它们内部平均，以促进更快的收敛。此外，为了提高噪声计算汇聚，一旦增益达到收敛，输出噪声方差被重置。

影响测量单元操作的属性在块的掩码参数对话框如下所示：

以下参数如下所述：

  • 采样时间 - 测量单元创建的信号的采样时间。采样时间还管理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的频域表示的FFT箱数。

  • Kaiser窗口的测试版 -$ \ beta $在测量单元内的所有FFT计算中使用的Kaiser窗口的参数。越来越多$ \ beta $扩大MainLobe并降低窗口频率响应的侧面的幅度。

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

  • 箱数 - 测量单元创建的增益中的输出频率箱数。覆盖光谱内的FFT箱重新分布到那些输出箱中。平均多个FFT箱落入相同的输出箱。

  • 平均信号与RMS噪声的比率 - 由测量单元创建的DUT_IN信号中的平均信号幅度与RMS噪声的比率。大值提高了DUT增益计算的收敛性，但降低了由于数值不准确而导致的噪声计算的准确性。

  • 获得容忍 - 增益变化的阈值相对于其平均值。当阈值命中时，增益被认为是融合的，触发用于输出噪声计算的复位。

关闭(hFig);bdclose(模型);清晰的模型Hlegend.HSM线Hlegend.stdblue.StdYellowhlineum.Hlinem.HFIG.；清晰的伽玛z伽马ZlGammaA咱丫GammaBZbYb；清晰的unmatched_ampBW_analysisF_Analysis.input_match.output_matchmatched_amp；

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