Yüksek Lisans Tasarımlarında Scattering Parametrelerine Giriş

Yazılım tanımlı radyo (SDR), sabitlenebilir depolamadan, yazılımda en çok sinyal işlemenin nerede olduğunu yeniden yapılandırabilecek şekilde belirleyici bir değişim anlamına gelir.Bu esneklik, yüksek frekans aralıklarında yüksek sadakat analizine dayanan ve doğrulama koşullarına dayanan bir analog önyükleme gerektirir.S-parametreler - S-parametreleri - S-parametreleri tasarlamak, test etmek ve bu analog blokları doğrudan RF ve mikrodalga frekans frekans frekansları ile entegre etmek için temelleri tanımlar.

SDRs, taşıyıcıya, birkaç gigahertz'dan birkaç gigahertz'a kadar çok sayıda megahertz'dan gelen bir çok bantlı işlem için izin verdiğinde, dinamikler S-parametreler olmadan, mühendisler işlem-ve-terör ayarını veya sabitleme modellerini doğrudan alıcıya göre seçebilirler.

S Parametreleri Tanımlamak: Seyahat Dalga Kavramı

Bir S-parameter matrisi, test altında bir cihaza girmek için amplitüdün ve fazı ile ilgilidir (DUT) en yaygın bina bloğu için, iki-port ağı, ilişki ifade edilir:

[FONT=0]b1 = S11 a1 + S12 a2
|D][/FONT=2|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|2
|D]
|0|0|0|0|0|0|0|0|0|2|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|2|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|

2. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  • [Dönetici:0)S11 (Input Reflection Coive))[değiştir | kaynağı değiştir] port 2'de sona erdiğinde, sistem özelliği Z0 (yaklaşık 50 ohms) 0'a yakın bir değer gösterir (daha dB) iyi bir eşleştirme gösterir; 1 (0 dB) neredeyse tüm güç yan yana yanılır.
  • [FONT:0)S21 (Forward Transmission Coive))[değiştir | kaynağı değiştir] port 2'de port 2'de olayda sonlanan dalga oranı 1'de, port 2'de sona ermiş durumda, port 2'de iade edilen dalganın oranı.Represents kazanç veya kaybı (insertion lost)
  • [FONT:0]S12 (Reverse Transmission Coive))[değiştir | kaynağı değiştir] veya izolasyon. Bir yükseltici için, bu parametre, girişten girişe kadar kaç sinyal sızıntılarının geri döndüğünü gösterir.
  • [FONT:0]S22 (Output Reflection Coive))[değiştir | kaynağı değiştir] <> 2. port 1 ile Z0'da sona ermiş.

Bu tanımlar N-port cihazlara genişletilir. Bir N-port, 64 veya daha fazla anten elementiyle açıklanabilir, tam S-parametre matrixi olarak adlandırılabilir - kiriş performansı ve çapraz müdahalede bulunabilmenin önemli bir yolu olabilir.

Referansın Önemi Impedance

Tüm S-parametreleri, Z0'ı referans olarak tanımlanır, genellikle çoğu RF ve mikrodalga sistemleri için 50 ohms.Eğer bir DUT, Q-parametre değerlerinin değiştiği gibi, en iyi şarj ağlarının nadiren 50 ohms olduğunu analiz eder.

SDR tasarımcıları antenlerle, filtreler veya kağıtlı devre tahtaları üzerinde çalışan bileşenler için 50 ohms (e.g., 75-ohm video arayüzleri veya diferansiyel 100-ohm hatları) için doğru referans yönlendirmesi, birçok SDR platformu, bu geçişleri doğru bir şekilde modellemek için gereklidir; tek yönlü ve karışık mod S-parametreler (S)

SDR Front-Bitkide S Parametrelerin Rolü

Tipik bir SDR alıcı ön uç bir antenden oluşur, band-select filtresi, LNA, mixer, yerel oscillator, anti-aliasing filtresi ve ADC. Her bir bileşen - ve özellikle de bağlantıları - tamamen S-parametreler ile karakterize edilebilir.

Pasif bir filtre ve LNA arasındaki arayüz düşünün. Filtrenin çıkış yansıma katsayısı (S22) ve LNA'nın giriş yansıma katsayısı (S11), aktif cihazda gerilim ayakta kalması (VSWR) ve dolayısıyla gerçek güç, bir SDR tasarımcısının tüm analog zincirin kazanılması, gürültüyü, doğrusallığı ve engelleyici seviyeleri kaçırmak için fiziksel bir şekilde ayarlayarak.

Doğrudan-Convers ve Impedance Hassasiyetler

Doğrudan-konversiyon (zero-IF) SDR mimarlıkları, alınan modülasyonun LNA ile mixer arasındaki herhangi bir yansıma, frekans bağımlı karmaşık dürtüleri de dahil olmak üzere, tekrar yansıtıp, tasarımcıların bu tür bir şekilde izolasyonu artırmak için hata vektör büyüklüğü (EVM) için bir araya getirmelerine izin vermek için özellikle hassastır.

Doğrudan-konversiyon alıcıları, yerel osilatör sızıntıları yanlış eşleştirme limanlarını yansıtabilir ve DC dengelemeleri oluşturabilir. İletli bağlantı hattının tam S-parameter simülasyonu bu etkiyi ve tasarım iptal döngülerini ölçmek yardımcı olur. Modern SDRs genellikle I/Q dengesizlik ve DC dengeleme için dijital tazminatı içerebilir, ancak analog alan düzeltme aralığının yeterli olmasını sağlamak için karakterize edilmelidir.

Ölçme Teknikleri ve Vector Network Analizleri

Doğru S-parametre verileri vektör ağı analizörü ile başlar (VNA), aynı anda boyut ve faz ölçütleri ölçen bir araç, bazı modeller ile şimdi SDR sistemlerinin dağıtımını sağlamak için el tipi bir faktöre uygun olarak, ve alıcılara göre.

Kalibrasyon: Doğrulama Sistematik Hatalar

Bir çiğ VNA ölçümü, doğrudan bağımlılık nedeniyle sistematik hatalar içerir, kaynak maç, mikrostrip yanıtları gibi kullanımlar için, DUT'un bağlantılarında referans uçak oluşturmak.En yaygın algoritması Kısa-Açıklama ölçümler için, karışık-mode teknikleri (örneğin, dört katlı bir hata veya dört kanalda)

De-Embedding ve Fixture Removal

SDR tasarımı için, kritik bir yetenek de kesintiye uğrar: Simülasyonda kullanılan S-parametrelerin etkilerini hesaplamak, transkriptleri veya test panelleri, doğrudan bir IC veya mikrostrip hattının pinlerine doğru hareket eder.Bu, S-parametrelerin iki-portajın bir araya gelebileceğini sağlar, test kurulu değil, açık-linen birçok cihazda ölçüm dosyalarını doğrudan ölçebilir.

Soğuk Kaynak Gürültü Ölçümü

Lineer S-parametrelerin ötesinde, VNA'lar bir gürültü numarası seçeneği ile donatılmış VNA'lar, DUT'un gürültü parametrelerini ölçebilir: minimum gürültü figürü, eşdeğer gürültü direnci ve optimal kaynak yansıma katsayısı ( ⁇ [DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) ve optimal kaynak yansıma katsayısı ( ⁇ [DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD)) için 0:0)))) için bir S-CDR LNA'nin gürültü parametreleri, bu parametreleri, DUT'nin gürültü parametreleri, bu parametrelerinin içindeki gürültü parametrelerinin içindeki gürültü parametrelerinin ses parametrelerinin ses ayarlanması için gereklidir.C

Parametreler ve Simülasyon-Driven SDR Design

Keysight PathWave ADS, Cadence AWR Mikrodalga Ofisi ve MathWorks MATLAB RF Toolbox S-parametre tabanlı bir simülasyon, SDR geliştirme temelleri oluşturmanıza izin verir. Bu platformlar, ölçümleme veya satıcı destekli dosyaları taşımanıza izin verir ve lineer olmayan bir şekilde bağlanır (X-parametreler veya harmonik denge ile), ve elektromanyetik (EM) ortak projeler.

Linear Cascaded Analysis

S-parametrelerin en güçlü kullanımlarından biri, mükemmel yüklerle dolu bir S-parametrenin hesaplanması, RF Bütçe tarafından MATLAB veya ADS tarafından yapılan gibi, her bir engelleyici etkileşim için hesaplar.Bu veri kümesinin doğru bir şekilde toplanması ve bir araya gelmesi, mükemmel yüklerin etkisini içeren doğru bir gürültü rakamını varsayıyor.

Stability Analysis Analysis

Aktif cihazlar yanlış kaynakla sunulan veya yük devretme yükleri yükleyemez. S-parameters, yüksek gürültü katları veya açıklanamaz spektrumu (345) kullanarak stabilite analizini etkinleştirir.Bir iki-port, kapıda veya bazda veya negatif geri bildirim kullanıyorsanız veya negatif geri bildirim kullanarak tutarlı bir şekilde istikrarlıdır.

Elektromanyetik Co-Simulation

Mikrostrip filtreleri, bölünmüşler veya anten besleme ağları genellikle 3D elektromanyetik çözücüler (örneğin, Ansys HFSS veya Keysight EMPro) ile bir araya gelebilir. Bu araçlar doğrudan bir sistem seviyesindeki şematik olarak eklenebilir. Bir SDR tasarımcısı, bir planlayıcının S-parametrelerini ve besleyicilerini, onu bir grup geçiş filtresini belirli bir şekilde en az sayıdaki sefere optimize eder ve bunu bir LNA modeli ile birleştirir.

S-parameters doğal olarak frekans-bölge ve lineer olsa da, zaman alan bazili eşdeğer modelleri SDR algoritması geliştirmede kullanılır. pasif bir ağ dürtü cevabı, S21 verilerinin Fourier dönüşümü aracılığıyla elde edilebilir, verinin yeterli frekans aralığını kapsar ve doğru bir faza sahiptir. Bu modeller daha sonra RF bozulmalarının etkilerini tanımlamak için kullanılır -örneğin, bir frekans filtresini veya grup gecikmesini veya grup gecikmesini nasıl etkiler - veya birden fazlaxing (OFDM) sinyalleri ile elde edilebilir.

Pratik Uygulama: SDR2 için Ağlar

Bir SDR vericisinde bir güçlendiricisinin (PA) çıkış aşamasının tasarımını düşünün. Transistörin büyük imzalı davranışı genellikle yük-pull ölçümleri tarafından tanımlanır, bu da aslında S-parametreleri birçok şarj noktası alır - Lif, C ve iletim hattında verimlilik ve verimlilik.En iyi şekilde yüklenen ölçümler için yüklenebilir.

Geniş kapsamlı SDR'ler için, sabit bir eşleştirme yetersiz hale gelir. Tasarımcı, her geçiş masasında S-parametre verilerini kullanabilir ve depolayıcıların veya mevcut kanal frekansına dayanan en iyi yapılandırmayı seçmesine izin verebilir.Keysight Asight D[Döneticileri değiştir][değiştir | kaynağı değiştirmiş bir sistem, bu işlem için gerçek bir ölçüm dosyasına bağlı olarak, gerçek bir şekilde ayarlanan 30 kez ayarlanan bir sistemdir.

Linear'ın Ötesinde: Hot S parameters and X-Parameters

Klasik S-parametreler lineer, küçük imzalı bir koşul olarak varsayıyor. Ancak, güç yükselteçleri ve karıştırıcılar, "hot S-parameters" (bu sınırlamayı) olarak tanımlayan, diğerlerinde küçük imzalı perturbasyonlar uygulama yaparken, SDR çerçevesini (özellikle de yüksek çözünürlükte) bir şekilde ele alan bir sistemle uyumlu hale getiriyor.

5G NR dalgaformlarının yüksek zirveli güç oranları ile ortaya çıkması (PAPR) SDR vericilerinin geniş bir modülasyonda lineerleştirilmesini ve hata vektörünün boyutunun belirlenmesini talep ediyor. X-parametre modelleri, iki ton veya WCDMA stim ile ölçülmüş bir model ile ölçülmüş olabilir.

MIMO ve Fazd Dizileri için Parametreler SDR Systems

Birden çok- ⁇ (MIMO) SDR platformları, başka bir karmaşıklık katmanı ekliyor: Metaller arasındaki izolasyon, VNA ölçümlerini kullanarak, tüm anten dizisinin S-parametrelerini (örneğin, S21, anten 1 ve anten 2) arasında bir araya getirerek, sabit diskoyu tasarlamak için bir devre simülatörü oluşturabilir.

Bu S-parameter tabanlı RF ve dijital domains epitojes SDR felsefesini dikkate almak, sadece yazılım kanal modelini güncelleyerek ve eşleşen bir ağ yapılandırması ile otomatik olarak farklı işletim modlarına hizmet etmek için tek bir donanım platformun izin verir. [Dönetici:0MATLAB) ve iletişim ve RF araç kutuları, grafiksel ölçümler için otomatik olarak sabitleme için bir yol sağlar.

Fazlı SDR'ler, her kanaldaki S-parametreleri ve değişken yükselticileri (VGAs) ve yanımdaki tüm eyaletlerde karakterize edilmelidir. faz kayması ve desen arasındaki etkileşim, her kanaldaki S-parametre modelleriyle değerlendirilebilir, tasarımcının etkili izotropik gücü (EIRP) simüle edilmiş gücü (EIRP) ve yan dalmış seviyeleri üretimden önce.

Ortak Pitfalls ve S-Parameter Kullanımdaki En İyi Uygulamalar

Onların gücüne rağmen, S-parametreleri kolayca yanlış yorumlanır. Aşağıdaki kılavuzlar SDR geliştirmede pahalı tasarım hataları engelleyebilir:

  • [FONT=0]Passivity ve Causality:[Dönetici:[Dönetici:0) Sürekli olarak, ithal edilen S-parametre dosyalarının pasif, causal ağ anlamına gelir. MATLAB'deki işlev pasiflik olmadan.
  • [FONT=0)Frequency Span ve Sampling:[Dönetici: 0,3) Faşing grubu yeterli değildir. Zaman alan yansımaları ve grup gecikmesi, S-parametre verileri DC'ye (veya düşük frekanslara) uzatmalıdır ve dürtü yanıtını yakalamak için yeterince yüksek bir frekansa kadar. Modern VNAs, dosya boyutlarını korumak için izin verilemez.
  • [FONT=0)Reference Impedance Conformity:[Dönetici: 0) 50ohm S-parametreleri uygun dönüşüm olmadan 100-ohm diferansiyel bileşenleri tamamen yanlış hesaplamaya yol açar. Boşluk için diferansiyel S-parametreleri kullanın (kıtılmış-mode) dengeli hatları için kullanın veya bir SDR alıcı yolundaki balunları bütünleme sırasında bir araçla dönüştürür.
  • [FONT:0) Kalibrasyonun kalitesi:[Dönetici:[Dönetici:0) Zayıflamış VNA ölçümler, iyi bir tasarım ortaya çıkarmak için sistematik hataları ortaya koyar.Her zaman kritik bileşenleri karakterize etmeden önce bilinen bir doğrulama cihazı ile kalibrasyonunu doğrulayın.
  • [FONT:0) Cascaded S-parametrelerden en büyük fark:[Döneticileri eşitsiz bir şekilde istikrarlı olsa bile, onların cascade, sadece bant dışı yükleme etkileri nedeniyle kararsız hale gelebilir.Bir iki odalı bloktaki stabilite analizi zorunludur.

Gelişen Trendler: Vector Signal Analizleri ve Gerçek Zamanlı Tuning

VNA ve yazılım tanımlı radyo arasındaki çizgi, geniş bir bant genişliğine göre test edilen bir cihazın SDR platformlarını bulanıklaştırır, iki kanallı ADCs ve DACs ile donatılmış ve vektör sinyali analizörleri olarak işlev görebilir. doğru bir kalibrasyonla, bir SDR, SDR vericisi, çevre etkileri nedeniyle test altında bir cihazın S21'i ölçebilir, tamamıyla etkilenen bir kullanıcı kontrolüne veya dinamik olarak ayarlandığında, bu şekilde kontrol edilir.

Başka bir yükselen trend, ayarlı algoritmaları hızlandırmanın derin öğrenme kullanımıdır. milisaniyelerde bir SDR ağının eşleşen ağını tahmin etmek için çok sayıda pilot-kırık S-parametre ölçümlerine dayanarak, gerçek zamanlı olarak uyumlu bir uyum algoritmaların işlevine daha yakın bir şekilde uyum sağlar. Birkaç araştırma grubu, mobil SDR platformlarına uyum sağlamada bir SDR ağının eşleşen ağını belirleyebilen destekleyici öğrenme ajanlarını ortaya koyar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Scattering parametreleri teorik bir ayaknotundan çok daha fazlasıdır; köprülerin bileşeninin, devre tasarımı, elektromanyetik simülasyonu ve dijital sinyal işlemenin bir yazılım tanımlı radyodaki ilk sistem ayarlı bir dizisine kadar, optimizasyon ve yeniden yapılandırılabilir radyolar için sayısal temel sağlar.

SDRs daha yüksek bant genişliğine doğru gelişmeye devam ettikçe, büyük MIMO ve bilişsel operasyon, S-parametrelerin rolü sadece seyahat eden dalga kavramlarını, uygun VNA kalibrasyonunu anlamak için yatırım yapan mühendisler, X-parametreleri gibi yüksek performanslı SDR ürünleri daha fazla kalabalık bir spektrumda tasarlamak için iyi donanımlı olacaktır.

Daha fazla okuma için, [[0)IEEE Xplore dijital kütüphane[Dön-Dön-geçmiş tasarımdaki kağıtlar için ) ve KAYNA çözümleri) ..S-parametre temelleri üzerinde sıkı bir şekilde entegrasyon sağlayan eksperatif bir başlangıç noktası, pdf olarak bulunabilir.