Моделирование усилителя мощности в QUCS

[Моделирование усилителя мощности в QUCS]

44 minutes ago, oleg-n said:

Вообще то по уму, чтобы не хаять производителя чипа, подключите порты на прямую к чипу без согласующих цепей, измените сопротивления портов под импедансы самой модели и посмотрите в каком участке данная модель работает.

И что это даст?  Значение импеданса зависит от частоты.  Выставил портам импеданс с противоположной мнимой частью - получилась работа на той частоте, на которой считается импеданс.

44 minutes ago, oleg-n said:

Только потом нужно думать о согласовании к 50 омам. В противном случае не понятно что Вы там согласовываете... и соответственно предсказуемо почему Вы вне диапазона находитесь..

Ничто не мешает согласовывать любой импеданс с любым импедансом.

Направленности вашей мысли не понял.

Что касается замеров S11 и S22 - так я их сделал в самом начале: подсоединил к 4-полюснику порты по 50 Ом с сигналом 0 дБм  и промерял на графике S11, S22.

Потом поставил маркер на 435 МГц (центр)  и нажал согласование 4-полюсника.

Сгенерировалась согласующая цепь для входа и выхода.  Её я растащил на схему что привёл в начале топика.  И снова промоделлил - графики S11,S12,S21,S22  выложил.

[Моделирование усилителя мощности в QUCS]

36 minutes ago, V_G said:

С3 - не элемент согласования, а развязка по постоянке.

И в том числе и элемент согласования.  82 пФ на 460 МГц это 4,3 Ом реактивного сопротивления.  Если б это была чисто развязка, то взяли 470 - 1000 пФ.

36 minutes ago, V_G said:

L5 (L4 на исходной схеме) - не элемент согласования, а дроссель подачи питания на выход.

И в том числе и элемент согласования. Потому что 47 нГн -  это 136 Ом на 460 МГц.  И оно влияет  на согласование и является  частью согласующей цепочки.

 

[Моделирование усилителя мощности в QUCS]

12 minutes ago, V_G said:

Возможно, некорректная модель. На практике решается подстроечными компонентами

Я знаю чем это решается.  Вопрос в том почему приведённая в даташите схема в режиме моделирования работает не в том диапазоне, что обещано.

Может быть это зависит ещё от  печатной платы, типа диэлектрика препрега и расстояния от верхнего слоя до плоскости земли? Есть ли способ это учесть в Qucs?

 

Цель моих мероприятий - оттолкнуться от референсной схемы даташита и в моделлере изменить пассивные компоненты так, чтобы усиление было в полосе 430-440 МГц (вместо 450-470). Но для этого нужно понять для начала (чтобы избежать ошибок), почему моделлер показывает другой диапазон частот.

S-параметры были предоставлены производителем микросхемы усилителя.

Присмотрелся к их графикам на даташите - они тоже не айс, -  минимумы входных и выходных потерь тоже смещены вверх по частоте. Но не так сильо как в Qucs.

Сейчас составил схему согласования на простых Г-образных LC-звеньях (под нужный мне диапазон).  Но тогда возникает вопрос - зачем в даташите  схема согласования сложнее чем два элемента

C1-C3-L1-L2

и

L5 - (C5+C9) - C10

[Моделирование усилителя мощности в QUCS]

Моделирую усилитель мощности на RFPA3800. Использую S-параметры от производителя.

Схема из даташита:

Характеристики из даташита:

 

Модель в Qucs:

При моделировании получаются совсем другие характеристики:

Вместо полосы частот  450-470 МГц,  максимум уехал на 573 МГц.

При этом я даже не поленился и нашёл данные о паразитном сопротивлении индуктивностей и добавил их в схему.  Паразитные ёмкости(индуктивности, не монтажа!) тоже пробовал добавлять, но они настолько малы, что ничего не меняется.

 

Что я делаю не так?  Почему резонанс уехал?

В схеме/на плате нет никаких микрополосковых линий - только дискретка.

 

[Подскажите RF ключ (SPDT) с P1dB>=36 dBm и высоким OIP3.]

Не существует?

[Libre VNA не работает в Windows7. Ошибка инициализации порта (экземпляр приложения уже запущен).]

Приобрёл Libre VNA.

Не работает в Windows7.  Вначале подключаю прибор к USB ПК, затем запускаю GUI.   Программа выдаёт сообщение:  ошибка инициализации порта, скорее всего из-за открытия второго экземпляра программы GUI (что неправда).

Никаких драйверов ставить не нужно (со слов заявления автора проекта).

 

В Линуксе (Ubuntu) прибор работает без проблем.

 

Страница проекта LibreVNA: https://github.com/jankae/LibreVNA

 

[Подскажите RF ключ (SPDT) с P1dB>=36 dBm и высоким OIP3.]

Подскажите RF ключ (SPDT) с P1dB>=36 dBm и высоким OIP3 (лучше >=48 dBm), с возможностью его приобрести в магазинах РФ или на aliexpress.com.

 

Топология коммутации: либо один ключ, либо несколько независимых ключей в одном корпусе.

Необходимо коммутировать выход усилителя с антенной, сигнал OFDM, средняя мощность 30-31 dBm с пик-фактором 5,5 дБ, полоса 1200 кГц.

 

 

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

59 minutes ago, petrov said:

~55 дБ боковые лепестки без усилителя, в даташите не указан этот параметр?

Не нашёл.

Есть такие:

Quote

Blocking parameter:

+/-2 MHz: 43 dB

+/-10 MHz: 60 dB

и

Quote

ACI/AACI rejection:

12/45 dB

 

59 minutes ago, petrov said:

Где-то после 18 dBm. 

Если сравнить насколько возрастает фактически уровень с тем, насколько увеличивается мощность программно, то видно что после 27 dBm приросты не совпадают.  Значит усилок плющит.

Значит теория оказалась верна:  PAPR у OFDM  5,5 dB (даташит). 

Точка компрессии  усилителя +32.5 dBm.  Значит максимально допустимая мощность(средняя): 32,5-5,5 = 27 dBm. Дальше плющит. 

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

21 hours ago, petrov said:

Подключите 1) нормально без усилителя в непрерывном режиме, чтобы внеполосное излучение в шумах не тонуло. Вот как относительно этой картинки будет расти, так и начинается.

Что начинается?

Начинается даже вот здесь - https://www.minicircuits.com/appdoc/AN60-041.html

С увеличением усиления падает разница уровней на краях полосы пропускания и центрального.

 

Сделал аттенюатор на -39,5 dB:

Подключил напрямую к спектрометру:

 

До этого замерил сигнал с выхода чипа без аттенюатора на минимальной мощности:

 

Дальше с усилителем. Полоса 2,188 МГц (по даташиту).

 

Мощность 12 dBm

 

Мощность 18 dBm

 

Мощность 24 dBm

 

Мощность 27 dBm

 

Мощность 30 dBm

 

Всё как здесь: https://www.minicircuits.com/appdoc/AN60-041.html

 

Гармоники (при выходной мощности 30 dBm):

 

Без сигнала:

 

Вопрос, начиная с какой мощности сигнал уже неприемлемый для приёмника?

Даташит даёт EVM для этого режима: -13 dB

 

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

13 minutes ago, _4afc_ said:

А как повышали? До или после ЦАП?

Регистром чипа. 0-31

59 minutes ago, blackfin said:

В формате DVB-T2 частотный спектр каждого канала выглядит так:

У меня не DVB-T и не аналоговое телевещание.

Цели вписаться в эти канальные сетки не ставилось.

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

43 minutes ago, petrov said:

Остальное Роскомнадзор объяснит. 

Петров, хватит тролить со своим Роскомнадзором уже. 😃 Это форум разработчиков электроники, а не форум юристов.

 

43 minutes ago, petrov said:

Не забывайте про излучение на 450 x2, x3, x4...

Там всё нормально.

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

1 hour ago, arhiv6 said:

Можно попробовать принять сигнал на RTL-SDR, подключенный к Matlab/Simulink/GNU Radio, демодулировать и посмотреть как меняется сигнальное созвездие при увеличении мощности.

А без них?  Есть только спектрометр.  Исходя из разницы уровней "ствола" и боковых "яиц" - можно ли узнать хотя бы приблизительно  EVM?

 

Вот тут приведены спектрограммы и констелляции в зависимости от мощности:

https://www.minicircuits.com/appdoc/AN60-041.html

Допустимый EVM на чип я знаю из даташита (на каждый режим OFDM).  Теперь, главное определить - при какой максимальной выходной мощности, приёмник ещё не будет напрягаться.

1 hour ago, arhiv6 said:

Это обычные интермодуляционные искажения третьего порядка. Они появляются не с какого-то уровня, они есть всегда. Просто при увеличении мощности в 2 раза (на 3дБ) их уровень относительно основного тона увеличиваются в два раза быстрее: на 6дБ. Поэтому некорректно говорить, что с какого-то уровня "начинает портиться нелинейность".

Но ведь от этих OIP3  сигнал ухудшается из-за уменьшения соотношения уровней полезного сигнала  и OIP3 ? Насколько?

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

2 hours ago, petrov said:

Не в том масштабе смотрите. Какую там полосу ваш сигнал должен занимать? Вот и растягивайте её и ближайшие окрестности на весь экран.

Итак... Я сделал картинки.

Постепенно повышал мощность на вход усилителя и смотрел что будет. Пришлось записывать видео, а потом искать более удачный скриншот (потому что у OFDM меняется амплитуда сигнала).

 

1) С отключенным питанием усилителя:

 

2) Далее с поданным питанием на усилитель.  Мощность 12 dBm:

 

3) 15 dBm

 

4) 18 dBm

 

5) 21 dBm

 

6) 24 dBm

 

7) 27 dBm

 

8 ) А   дальше результаты вблизи точки компрессии P1dB - 29 dBm

 

9) 30 dBm:

 

Теперь, вопрос:

На какой картинке начала портиться линейность сигнала, ухудшаться EVM и попёрли внеполоски?

 

 

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

53 minutes ago, petrov said:

Рядом вплотную другая пара ваших радиостанций работает, принимает удалённого корреспондента на пределе чувствительности.

Рядом вообще ничего не работает. И работать не будет.

Потому что аппарата всего два.  Не больше.

Да и разнос можно сделать в несколько МГц.  Зачем быть ССЗБ, чтобы давать кому-то соседний канал в контексте полосы пропускания приёмника? Это же не NFM рации.  Но даже и там, я не помню, чтобы была работа рядом с занятым каналом.  Обычно уходят намного дальше, чем +/-1 канал.

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

On 5/14/2023 at 9:27 PM, petrov said:

Битый, не битый - слишком грубо, не доходя до этой границы будет падать чувствительность из-за увеличения EVM, не будет такого прироста от мощности, а только соседние каналы будут загаживаться. Посмотрите на анализаторе спектра внеполосное излучение на выходе чипа без усилителя, мощность на выходе усилителя увеличивайте только до тех пор, пока не начнёт расти внеполосное излучение, получится гораздо меньше.

Как проверить насколько изменилась EVM при подключении усилителя?

Посмотрел на анализаторе спектра. Так как нет аттенюатора, использовал антенны на передатчике и спектроаналализаторе. Дистанция 3 метра.

Мощность передатчика 30 dBm (средняя). Частота 450 МГц.

Картинка ниже.

Я вижу левее на 420-430  МГц небольшой подъём до -70 дБ. Было -80 дБ.   Пик сигнала -20 дБ.   Какая тут катастрофа?

 

On 5/14/2023 at 10:29 PM, petrov said:

Этот FEC сделан для исправления ошибок OFDM, вызванных спектральными нулями канала, а не для исправления недоработок усилителя.

Что за спектральные нули и какие причины их появления?

 

On 5/14/2023 at 10:39 PM, krux said:

Далее по формату пакета. радиопакет в настоящее время принято делить на 2 вида - короткий, более реалтаймвый пакет, и длинный, лампово-информативный. Первый это порядка 128 байт с турбо-кодом, котрый подходит  также для телеметрии, и  второй это длинный LDPC. котрый длинный целый необрезанный, но не короче чем 4к и несет огромную кучу данных.

Пакет может быть какой угодно длины.

[STM Virtual COM Port и Windows7. Ошибка установки драйвера 52]

23 minutes ago, makc said:

Для начала выложите драйвер, который вы пытаетесь установить, чтобы было понятно что с ним может быть

https://www.st.com/en/development-tools/stsw-stm32102.html

23 minutes ago, makc said:

Во-вторых https://www.lisungroup.com/news/technology-news/disable-digital-signature-enforcement-for-64bit-win-7-8-10.html

Пока нашёл такое решение:  F8 при старте винды,  выбор режима без проверки подписи драйвера.  Работает.

Я не юзер, поэтому удобства не на первом месте :)

[STM Virtual COM Port и Windows7. Ошибка установки драйвера 52]

Пытаюсь установить драйвер виртуального COM порта от STMElectronix.   ОС: Windows7.  Комп 64-разрядный.

Драйвер ставится, но отказывается работать.

В диспетчере устройчтв пишит - ошибка 52 (отсутствует цифровая подпись драйвера).

Пробовал ставить версию 1.3 и 1.5 - безуспешно.

Ковырял реестр - удалял LowParam, HighParam - безуспешно

В gpedit.msc - отключил проверку подписи - безуспешно

Запускал батники всякие с волшебными командами - безуспешно.

Всё пересмотрел в интернете: безуспешно!

Упрямая винда не хочет этот драйвер использовать.

Куда копать?  И что делать?

Quote

Не удается проверить цифровую подпись драйверов, необходимых для данного устройства. При последнем изменении оборудования или программного обеспечения могла быть произведена установка неправильно подписанного или поврежденного файла либо вредоносной программы неизвестного происхождения. (Код 52)

 

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

1 hour ago, krux said:

Для реальных 2 Ватт в OFDM придется брать какой-нибудь 10-ваттный LDMOS транзистор типа BLP15H9S10  и делать на нем честный линейный усилитель. Дикой интегрированности даже не ждите. КПД там как и положено, будет как у паравоза, в районе 5...10%. Зато там и скорости можно и выше, и полосу хоть в 10 МГц.

На радиолюбительских форумах для SSB усилителей (им тоже нужна линейность, так как модуляция производная АМ) берут усилитель M57716.  Или RA30H4047M с током покоя 1 А.  Говорят работает без искажений.   Или требования линейности у SSB сигнала ниже, чем OFDM? Хотя бы пару Вт с них вытащить для OFDM (средняя мощность).

 

1 hour ago, krux said:

Если будете искать в гугле - можно искать по ключевым словам DVB-T2 broadcast power amp, Если DVB-T/DVB-T2 какой-нибудь шляпой можно передавать - значит там линейность в полосе уже считай гарантирована для всех ваших сигналов.

Я нашёл несколько усилителей от товарища mux (из сообщений на форуме) , но они все питаются 24 В и согласованы на сопротивление 75 Ом.

D10040230PH1 и RFPD3580.
 

Хотелось бы что-то из разряда с напряжением питания 3,3 - 5V  и вход-выход 50 Ом.

 

Я нашёл только вышеупомянутый SKY65116.  И TQP7M9105.  Но последний надо согласовывать по входу и выходу.

 

Кстати, какой усилитель будет лучше для OFDM:

с  P1dB=30 dBm, OIP3=47 dBm   или

с P1dB=32,5 dBm,  OIP3=43 dBm

?

 

19 minutes ago, petrov said:

Битый, не битый - слишком грубо, не доходя до этой границы будет падать чувствительность из-за увеличения EVM, не будет такого прироста от мощности, а только соседние каналы будут загаживаться. Посмотрите на анализаторе спектра внеполосное излучение на выходе чипа без усилителя, мощность на выходе усилителя увеличивайте только до тех пор, пока не начнёт расти внеполосное излучение, получится гораздо меньше.

Жду VNA. Как придёт, посмотрю.

А оценки битый-не битый достаточно, при наличии аппаратной FEC 3/4 rate.  Пакет принимается без ошибок на дистанции 600 метров.  Я не думаю, что его можно будет принять на ту же дальность - при мощности 10 dBm (мощность без усилителя). Пакет длинный - 2 кБ данных без учёта преамбулы и прочего.

Хотя, я допускаю, что снизив мощность с 30 до 27 дБм, дистанция останется той же.  Так как уменьшится EVM.

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

37 minutes ago, krux said:

не забывайте что OFDM - сигнал уже считается достаточно широкополосным, и мощность надо считать как интеграл под спектром, а не тупо брать узкополосный P1db из даташита.

Я приводил значения средней мощности, которая на 5,5 дБ ниже пиковой (так написано в даташите на AT86RF215).

 

Для того режима, что нормально работает с мощностью 30 дБм, устойчивый приём на расстоянии 600 метров и больше. Дальше не могу идти из-за рельефа местности.

Передавал видео 480x272 15 FPS + звук 24 кбит/c.

 

Просьба для всех:  подскажите марки малогабаритных линейных усилков мощности на диапазон 70 см (частоты 430-470 МГц или шире) с мощностью от 2 Вт и выше. Микросхемой или модулем. Чтобы тянули OFDM на базе QPSK и 16-QAM.   Желательно с согласованными внутри цепями 50 Ом на входе и выходе.   EVM   -13 - -19 дБ. Скорость - 2400 кбит/c

[Требования к линейности для QPSK и 16-QAM]

Вот и приплыли. 😄

 

Первые практические результаты:

1) OFDM  QPSK rate 3/4, 1200 kbps: с усилителем SKY работает на 30 dBm.

2) OFDM 16-QAM rate 1/2, 1600 kbps - только до 24 dBm.  Мощность выше - пакет битый.

3) OFDM 16-QAM rate 3/4, 2400 kbps - только до 21 dBm.  Мощность выше - пакет битый.

 

Для QAM очень высокие требования к линейности усилителя.

 

[Software Antenna Diversity. Возможно?]

46 minutes ago, petrov said:

Минимальное расстояние между нулями по частоте равно величине обратной максимальной задержке между лучами, которая прикидывается из геометрии отражений. В комнате у вас минимальное расстояние по частоте между нулями получается больше полосы сигнала, поэтому замирания плоские, т. е. все поднесущие OFDM замирают почти одновременно. В городе максимальная задержка будет больше, соответственно полоса сигнала может быть шире минимального расстояния между нулями по частоте, т. е. замирания будут частотно-селективные, передача в некоторых поднесущих без ошибок будет невозможна, но в целом по всей полосе в OFDM за счёт кодов исправляющих ошибки возможна передача без ошибок.

Сравнил FSK и  OFDM.   С FSK полный ужас: число точек с плохим приёмом в помещении увеличивается в разы. И это сильно ощутимо.

Я думал, что OFDM ликвидирует 100% случаев с замираниями. А когда убедился, что проблема с замираниями решается с помощью OFDM на 90%, решил добыть оставшиеся 10% другими способами: разнесением антенн и разнесением частот.  Можно сказать, что осталась пара процентов количества точек где плохой приём.

 

И очевидно, эту проблему нельзя решить на 100%.  В том же помещении телефон и роутер тоже не везде работают.

[Software Antenna Diversity. Возможно?]

2 hours ago, Freesom said:

Плюс объекты внутри комнаты отражают. Сложно короче для для реальных помещений, но смартфон справится)))

Да. Сильно сложно.

Телефон и роутер  тоже работают не во всех точках помещения.

 

Геометрия решает. Интересно, какой идиот придумал про ширину когерентности приемника в контексте частотного разноса? Когда картина распределения поля диктуется тупо геометрией объектов и параметрами радиосигнала. За что теоретикам деньги интересно платят?   Можно кайфовать от созданных моделей и упиваться результатами в них, но в реальности картина будет другая и сложнее.

[Software Antenna Diversity. Возможно?]

Так всё-таки,  как определить какой разнос частот должен быть?

 

Провёл второй опыт - разнёс вторую частоту на 10 МГц, а не на 5 МГц.  Появилась точка приёма, в которой приёмник не вытягивает целый пакет на обеих частотах.

 

Есть ли какое-либо условие по разносу частот, которое гарантировало для заданной точки приёма : отличный приём на частоте f1 , если известно что на частоте f0 в этой же точке замирание и приёма нет?

Или это из разряда алхимии - как получить золото из воздуха?

[Software Antenna Diversity. Возможно?]

31 minutes ago, _4afc_ said:

На одну антенну?

Да.

Иначе, я бы так сильно не радовался ☺️

[Software Antenna Diversity. Возможно?]

Сделал приём с передачей на двух частотах:  размер супер-фрейма уменьшил в 2 раза (разрешение видео выставил 176x144), чтобы удвоенная передача данных влезала в нужный FPS при неизменной скорости битрейта модема.

Вначале супер-фрейм (2 пакета) передаётся на одной частоте, затем тот же супер-фрейм передаётся на второй частоте.

В приёмнике тоже самое: приём первых двух пакетов - на одной частоте, затем последних двух - на второй частоте.

Синхронизация по времени: в конце супер-фрейма есть небольшой хвост в пару миллисекунд - по нему и синхронизируюсь.

 

Всё работает. Просто блестяще! 🙃

Я не нашёл в пространстве того случая, чтобы фрейм оказался битым при приёме на обеих частотах.

Мониторю число раз, когда фрейм оказался битым на первой частоте и целым на второй.

На всякий случай напишу, что опыт ведётся именно в контексте зоны уверенного приёма, когда мешают только волновые наложения из-за переотражений.

 

Из минусов, конечно, снижение эффективной скорости передачи данных в 2 раза.

Но у AT86RF215 есть ещё OFDM с 2400 кбит/c.   Я работаю пока на 1200 кбит/c.