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5-2021

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

HF-Technik Nichtlineare

HF-Technik Nichtlineare Simulation integrierter HF-Verstärker mit Keysight Genesys und SystemVue Der Artikel befasst sich mit einigen Modellstrukturen für HF-Verstärker, die lineare S-Parameter- Daten mit nichtlinearen Daten wie Rauschzahl, IP3, P1dB und PSAT kombinieren. Verwendung von S-Parameter-Daten in Keysight ADS mithilfe des Amplifier2-Modells Außerdem werden die Ergebnisse von Systemsimulationen gezeigt, um bewerten zu können, wie exakt das reale Verhalten nachgebildet wird. Bisherige Simulationen Lineare und nichtlineare Simulationen von HF-Schaltungen waren traditionell verschiedenen Bereichen vorbehalten. Um kaskadierte Kleinsignal- Verstärkungen und -Verluste zu simulieren, setzten Designer von HF-Systemen traditionell auf die weithin verfügbaren S-Parameter-Modelle ihrer Bauelemente. Die nichtlineare Simulation ist von jeher anspruchsvoller, was an der mangelnden Verfügbarkeit von Daten in digitaler Form (z.B. IP3, P1dB und Rauschen) sowie dem traditionellen Fehlen frequenzvariabler Modellstrukturen in gängigen HF-Simulatoren liegt. Designer von HF-Schaltungen griffen deshalb meist auf selbst erstellte Spreadsheets zurück, um kaskadierte Rausch- und Verzerrungswerte zu berechnen. Derartige Spreadsheets haben allerdings ihre Schwierigkeiten damit, System-Charakteristika wie den Autor: Eamon Nash, Applications Director Analog Devices Inc. www.analog.com/ Über den Autor Eamon Nash arbeitet bei Analog Devices als Applications Director für HF-Verstärker und Beamformer. Im Feld ebenso wie in der Fabrik ist er für das Unternehmen seit 30 Jahren in verschiedenen Funktionen im Bereich der Mixed-Signal-, Präzisions- und HF-Produkte tätig. Den gegenwärtigen Schwerpunkt seiner Arbeit bilden HF-Verstärker und Beamformer- Produkte für Satcom- und Radaranwendungen. Nash hat an der University of Limerick (Irland) ein Bachelor-of-Engineering-Diplom in Elektronik erworben und ist Inhaber von fünf Patenten. Sie erreichen ihn unter eamon.nash@analog.com. 46 hf-praxis 5/2021

HF-Technik Tabelle 1: Typischer Sys-Parameter-Datensatz Fehlervektorbetrag (Error Vector Magnitude, EVM) und das Nachbarkanal-Leacking (Adjacent Channel Leakage Ratio, ACLR) zu simulieren, die zum Tragen kommen, sobald die Signalkette mit modulierten Signalen angesteuert wird. S-Parameter sind das meistbenutzte HF-Simulationsmodell. Es handelt sich dabei um standardisierte tabellarische Datensätze aus Eingangsreflexionsfaktor, Verstärkung, Rückisolation und Ausgangsreflexionsfaktor als Funktion der Frequenz, alle in vektoriellem Format. Die Daten werden im Allgemeinen unter Kleinsignal-Bedingungen mit Treibersignalen erhoben, die weit unterhalb der Signal-Kompressionspunkte liegen. S-Parameter dienen in der Regel dazu, um die kaskadierte Verstärkung zu simulieren, ein- und ausgangsseitige Anpassungsnetzwerke zu entwickeln und die Stabilität zu bewerten. Sie enthalten jedoch keinerlei Informationen über die Rausch-, Kompressionsoder Verzerrungseigenschaften eines Bauelements. Keysight Sys-Parameter Tabelle 1 ist ein Ausschnitt aus dem Sys-Parameter-Datensatz für den ADPA7002, ein 0,5-W-Leistungungsverstärker für 18 bis 44 GHz. Die Sys-Parameter-Modellstruktur wurde von Keysight für die Verwendung in seinen HF-Schaltungs- und Simulatoren PathWave RF Synthesis (Genesys) und PathWave System Design (SystemVue) definiert. Die tabellarische Struktur des Datensatzes besteht aus Sys-Parameter-Daten im Verbund mit frequenzbezogenen Daten zum Rauschen, zum Intercept Point dritter Ordnung Bild 1: Dieser Screenshot aus Keysight Genesys zeigt ein typisches Sys-Parameter-Modell (IP3) und zum 1-dB-Kompressionspunkt (P1dB). Diese Datensätze enthalten ausreichend Informationen zum Simulieren des HF-Signalpegels, der kaskadierten Verstärkung und der Rückisolation. Die Einbeziehung der IP3-, P1dB- und Rauschzahl-Daten erlaubt jedoch auch die Simu- hf-praxis 5/2021 47

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