Простые программы для расчёта радиотракта

Данная статья рассчитана на начинающего радиоинженера, который ещё не составил для себя список любимых программ.

Рано или поздно разработчик СВЧ получает задачу на построение целого радиотракта, состоящего из нескольких элементов: усилителей, фильтров, смесителей и пр. Этот радиотракт нужно рассчитать целиком, определив его основные параметры: динамический диапазон, коэффициент передачи и шума, точку компрессии и т.д. Для примера возьмем такой приёмный тракт их 3х элементов:

Для того, кто хорошо учился, задача не выглядит слишком сложной. Усиление элементов складывается (в дБ): G=G1+G2+G3=22дБ

Коэффициент шума считается сложнее, требуется переводить усиление и шумы из децибел в разы и обратно. Сначала вычисляем фактор шума для каждого элемента .  Фактор шума всего тракта будет ( — усиление у разах!):

Получим F=2.18 раз, что соответствует Kш=3,4 дБ. Видно, что коэффициент шума всего тракта на 1.4 дБ хуже чем Кш1 – МШУ.

Точка компрессии то же считается легко. От выходной точки компрессии 1 дБ отнимем рассчитанное усиление тракта и получаем входную точку компрессии (IIP1): IIP1= OIP1₃-G=-2дБм. Однако тут ещё нужно смотреть, нет ли перегрузки на каждом элементе.

Как видно, считать радиотракт в каком-нибудь Маткаде довольно просто, однако утомительно и крайне не наглядно. Особенно когда тракт состоит из большого числа элементов и хочется найти узкие места по какому-либо параметру, а потом подоптимизировать. Для этого есть специальные программы.

ADISimRF

Производитель – AnalogDevice, скачивается с сайта. Для этого нужно попросить VPN представить вас, например англичанином. Очень хорошая программа

В программе на можно задать много каскадов, для каждого каскада можно задать точки интермодуляци 1,2,3 порядков, коэффициент шума, усиление, токи и напряжения питания. На вход можно подать выбранную мощность и программа пометит красным каскад, где происходит перегрузка.

Ещё рад преимуществ:

• Куча расчётных параметров всего радиотракта.

• Возможность представления результатов в виде графиков

• Есть большая библиотека компонентов и поиск по ней

• Есть встроенные справочники и  калькуляторы (s11 в КСВ, dBm-to-volt и т.п.)
    

Однако есть и ряд недостатков (они какие-то «детские», хотя программа часто обновляется):· 

• При сохранении тракта негде добавить его описание. Часто бывает проблемой вспомнить, что тут посчитано

• Если не использовать библиотечный компонент, а просто задать параметры, то нету поля, где можно прописать название компонента (!!!), только «TempPart». Основной недостаток на мой взгляд

• Точки интермодуляций во всем тракте можно задать либо только по входу, либо только по выходу, что неудобно. Например у пассивных смесителей точки интермодуляций 1-го порядка приведены ко входу, а у усилителей – к выходу

RXCalc

Простой калькулятор радиотракта, хоть и называется RXCalc, но считает и TX. Бесплатное, открытое ПО, если это кому-то важно. Качать здесь https://sourceforge.net/projects/rxcalc/ . Считаю его лучшим, им и пользуюсь.

Его преимущества:

• Можно оставлять комментарии к проекту, задавать названия элементов тракта

• Сразу видно, какой элемент является узким местом (подсвечивается градиентом синего). В примере видно, что 1й каскад вносит наибольший вклад в коэфициент шума системы, что хорошо

• Точки интермодуляций можно задавать хоть по входу, хоть по выходу, программа пересчитает сама

Недостатки:

• Нет возможность просчитать общее потребление тока

• Нет библиотеки компонентов

• Нет встроенных справочиков/таблиц

AWR RFP Planning  Tool

Дополнительный модуль, входящий в MicrowaveOffice AWR. Платная утилита.

Имеет самый большой функционал, умеет строить графики всех возможных видов, есть куча библиотечных компонентов. Может осуществлять импорт-экспорт с остальными проектами AWR. Считает не только динамические характеристики радиотракта,  но и частотные характеристики, учитывает распределение спур после смесителей, АЧХ фильтров и компонентов и прочее.

Недостатки:

• Платный продукт

• Не сказать, что бы просто было разобраться и работать, перегруженный интерфейс

• Странный способ отображения общих результатов расчёта

Комплект программ AppCAD

Представляет собой набор программ для расчётов, связанных с СВЧ: согласованные линии передач, согласование импедансов, тепловые расчёты и т.п. Все на довольно простом уровне.

Для наших целей используем приложения Sygnal-System->NoiseCalc:

По сравнению с остальными программами этот расчётник выглядит откровенно слабо:

• Неудобное управление

• Мало расчётов. Нет например IP1, IP2

• Нельзя сохранять проект      

По сути программа считает только усиление и коэффициент шума. Не рекомендую.

Сам я пользуюсь RXCalc. Отлично считает динамический диапазон, показывает узкие места, легко «покрутить» параметры отдельных элементов и подоптимизировать радиотракт. А открывая старые проекты радуюсь, что программа позволила оставить к ним комментарии..