BEGIN_RDM hf1.rdm HF1 is a extendend RF-Network design & analysis tool, written for rf- education purposes at the Fachhochschule fuer Technik in Mannheim, Germany, Dept. Telecommunications engineering; Author: C.C. Timmermann For use in education and ham-radio apps. it's free of charge, but it is NO public domain. Copyright at the author. A memory extension is required, because the object HF1 has 54KB! The following documentation is in german language. Dokumentation Rev. 28.8.92 A. Fein END_RDM BEGIN_DOC hf1.doc Institut fuer Hochfrequenztechnik und Optische Nachrichtentechnik Fachhochschule fuer Technik Mannheim C.C. Timmermann Programm "HF1" (Version 2.0) Signal- und Rauschanalyse mit dem HP48 SX ----------------------------------------- Das Programm HF1 ist ein begleitendes Programmpaket zu den Vorlesungen Hochfrequenztechnik 1,2 und wurde an der FHT Mannheim entwickelt. Das Programm kann fuer Lehrzwecke verwendet werden. Der Urheberschutz bleibt davon unberuehrt. erforderl. Speicherbedarf: HF1 : ca. 52 KByte davon Unterprogramm TWOP ohne TRL: ca. 25 KByte Praktisch ist der Rechner mit bzw. ohne 32K-Zusatzkarte jeweils nahezu voll ausgenutzt, da noch anderer Speicherbedarf besteht. TWOP dient der Signal-uud Rauschanalyse bei fester Frequenz und festem Arbeitspunkt. HF1 ist eine Oberflaeche fuer graphische Darstellung im Zeit- und Frequenzbereich. Die Analyse bei verschiedenen Frequenzen kann dabei auf zweierlei Weise erfolgen a) Freie Programmierung der p-Abhaengigkeit des Vierpols in VPF durch 4 frei definierbare komplexe Funktionen fuer die 4 VP-Parameter (S,Z,Y- Form waehlbar) oder freie Programmierung von 5 Funktionen Z1(p) bis Z4(p) eines Kettenleiters mit einer beliebig gesteuerten Stromquelle G(p) am Ausgang, alternativ b) Numerische Eingabe der VP-Daten von Teil-Vierpolen (diverse Faelle fuer Trans., Leitungen etc. erfasst), numerische Vernetzung der VPe in TWOP/CASC fuer mehrere Frequnzen von Hand (typ. 3 bis 8 Freq- enzen) und Abspeicherung in einem Mehrfach-Matrixspeicher. Dann Aufruf eines aufwendigen Matrizen-Interpolationsprogramms, das bei n eingegebenen Matrix-Speichernummern plus zugehoerigem Frequenzwert zwischen allen beigezogenen Matrizen mit Polynomen n-1 ten Grades interpoliert und somit alle Matrizen verbindet. Frei definierbare, p-abhaengige Torimpedanzen sind in beiden Faellen vorgesehen. REPOR organisiert die komplexe Frequenzdarstellung von 12 Ausgabegroessen am Vierpol, TIM wickelt die Zeitbereichsdarstellung mit amplitudenrichtiger Impuls- und Sprungantwort ab. Flags (als Umschalter): 1 ONOFF in TWOP CASC automatische VP-Abspeicherung an/aus 2 OFON in HF1 MINT Abspeicherrichtung interpolierter Matrizen 4 READ in HF1 Betrag/Phase bei Frequenzplot 7 MODE in HF1 VP-Daten von analyt. Formeln/interpol. Matrizen 1. Leistungsmerkmale des Programms ---------------------------------- a) DIR TWOP (ohne NOISE) ------------------------- Z-GA, GA-Z : Umwandlung von Z in Reflexionsfaktor und umgekehrt GAIN,GOUT : Eingangs/Ausgangsreflexionsfaktor ZG,ZL : VP-Torimpedanzen DATS,DATY,DATZ: freie Vierpoleingabe in s,y oder z-Form + Umwandlung + Speicherung DATT : 5-Element-Giacoletto-ESB-Eingabe ; Sij,Yij,Zij-Berechnung DATL : Leitungseingabe mit Wellenwiderstand ZW und Gamma*L , Umwandlg. s,z,y-Speicherung DATO : VP-Parameter fuer OP (modifizierte Spannungsverstaerkungs- form) ... YE-B,YE-C : VP-Drehungen: Umwandlungen von Emitter- in Basis/Kollektor- schaltung SZ,SY;ZS,YS : VP-Umwandlungen S11 .. Z22 : Sij,Yij,Zij=Arbeits-VP: Parameter-Speicherung passend organisiert YIJ : y-VP-Matrixspeicher; Matrixzahl=Listenlaenge (selbst einstellen) SAVEY, RCLY : Ein-und Auslesen (fuer DATY) der y-Parameter des Arbeits-VPs CASC : Verzeichnis vernetzt Vierpole (Kette/Serie/Parallel) AMP : CALC berechnet alle Verstaerkungen, Kreisverstaerkung, Torimpedanz, UAMP : CALC: Stabilitaetsfaktor k + DeltaS SCAT: verallgemeinerte Streuparameter SGij, Stabilitaetskreise GADS/VPDS: Entwurf von ZG/ZL ueber Ga bzw. Vp (Gonzales) ANOI : Rausch-Vierpolberechnung: UR,IR (unkorreliert) + Korrel- ationsleitwert YK incl. Rauschkreis : Mittelpunktsvektor CFF, Radius RF aus Fmin bei opt. ZG=1/YGOS und F bei reellem ZG=1/YG BNOI : wie ANOI, nur mit Gamma Gen.opt.=GGOS und RN50=Rn/50 YG : CBPT,CFET= 4-Element-Giacoletto-ESB-Erzeugung aus VP-Parametern fuer Bipolartrans. (Yce=0) und J-FET (rgg=0). Der Zyklus DATT (s-Parameter aus ESB) .. YG (ESB aus s-Parameter) liefert e x a k t (!) wieder alte s-Parameter SPICE: CALCT berechnet fuer Bipolartrans mit DC-Werten IC,UCE,UBE, und Frequenz 6 arbeitspunktangepaate Spiceparameter NF,BF,CJC,TF,RB,IS (stimmt am Arbeitspkt mit SPICE-ESB am besten ueberein) CALCF analog fuer J-FET .. b) NOISE in TWOP (Vertiefung zu ANOI,BNOI) ------------------------------------------ Unterverzeichnisse: PNOI: direkte Berechnung des Rausch-VPs aus Sij, falls Vierpol passiv! Der VP kann auch nicht-reziprok sein. TURN: Drehung des rauschenden VPs incl. Rauschvierpol (analog zu YE-B, YE-C) I1I2: Hin-und Rueckrechnung von teilkorrelierte Parallelrauschstromquelle in Rausch-VP KASK: Ketten/Parallelschaltg. von rauschenden VPn mit VPn + Rauschvierpolen, die von anzugebender Stelle beigezogen werden SNR : CALC1: Berechng. von Rauschz. F(ZG), Stoerabst. SN .. aus Rausch-VP CALC2: Vorgabe von F(ZG) und Berechng. von SN .. c) TRL (Leitungsberechngen) --------------------------- diese Programme schieben Wellenw. und Gamma*L fuer DATL formatrichtig in den Stack: KOAX: Koax.-Leitg WIRE: Draht ueber leitender Ebene MS : Mikrostreifenleitung incl. Dispersion CPW2,3 coplanare 2/3-Drahtleitung d) MINT (Matrixinterpolation) ----------------------------- SETN: 1) Eingabe der Zahl der VP-Matrizen, die zu interpolieren sind 2) Eingabe der jeder Matrix zugeordneten Frequenz(X1,X2..) und VP-Speichernummer in YIJ, von wo die Matrizen geholt werden; X kann auch ein Arbeitspunktwert sein. Wenn z.B. 7 VPe in Yij vorbereitet wurden, legt SETN anschliessend fuer die 4 y-Parameter 4 komplexe Polynome 6. Grades in Form von symbol. Ausdruecken mit Z als Variable an; die 4 Polynome speichert die Liste EQN . Zur Loesung werden 4 Gleichungssysteme 6-ten Grades geloest. Der Interpolationsgrad muss mindestens 1 sein (2 Matrizen). CALC: Frequenzeingabe + CALC errechnet interpol. VP und speichert ihn in allen Formen in S11 .. Z22 nach TWOP oder ggf. auch nach YIJ (umschaltbar mit Flag 2= OFON in MINT). CALC wird als Programm fuer Analyse ANA aufgerufen e) INTER (Graphikabwicklg) -------------------------- hoechstens benutzen: GO : Umschaltung von Betrags- auf Phasenplot und umgekehrt; sonst UP Im uebrigen Anzeige beachten... 2. Benutzung der Oberflaeche ---------------------------- a) Mit Matrixinterpolation MINT ------------------------------- Mit MODE auf Matrixinterpolation umschalten. Zunaechst sind fuer die verschiedenen Frequenzstuetzpkte die Matrizen in YIJ bereitzustellen; mehr als 2..3 VPe sollte man nicht vernetzen, weil die Vernetzung fuer verschiedene Frequenzen durchzufuehren ist; Nach der Matrixinterpolation MINT sind Sweepgrenzen X1,2 gespeichert; TOR1: mit P=j*2*PI*f muss jetzt ZG(p) hereineditiert werden TOR2: analog ZL(P); wenn X keine Frequenz ist, sind TOR1,2 nur komplexe Konstanten ANA : startet die Analyse zwischen X1..X2 mit genau 11 Stuetzpunkten (begrenzt wegen der Rechenzeit, dauert 3 min) und berechnet die wesentlichsten Groessen am (vernetzen) VP; Speicherung aller Werte in DAT REPOR: Reporteditor; Anwahl der interessierenden Groesse (1. Zahl) und Ausgabeart Stack, Drucker, Graphik (2. Zahl) READ : Text und gleichzeitig Umschalter fuer Betrag/Phase bei Graphik Achtung: f-Graphik nur in INTER bebutzen; Stuetzpkte nur mit BESTFIT (von HP) verbinden, wenn Kurve einigermassen glatt; nach BESTFIT kann man HP-Graphik- und SOLVER-Menue voll anwenden; alles passt zueinander; Differentiation der Verlaeufe moeglich, Nullstellen ..; oft ist aber BESTFIT ganz ungeeignet! b) Mit frei definierten Vierpolen VPF ------------------------------------- Mit MODE umschalten auf frequenzabhaengigen VP (VPF). Damit wird Flag 7 umgestellt und beim Frequenzsweep nicht auf die Interpolationsgleichungen in EQN, sondern direkt auf die p- abhaengigen VP-Gleichungen in VPF zugegriffen. In beiden Faellen endet das Verfahren mit einer Einspeicherung der s,z,y-Parameter in TWOP fuer den jeweiligen Frequenzpkt. beim Sweep. Mit PRG in VPF legt man fest, welche Form gewaehlt wird. Man kann 4 unabhaengige Vierpolgleichungssaetze gleichzeitig speichern, allerdings nur in unterschiedlicher Form. Danach weiter wie bei a). 3. TIM (Fourierruecktransformation) ---------------------------------- REPOR erzeugt von der gewaehlten Groesse noch eine Liste mit 11 Elementen fuer eine Fourierruecktransformation; geloest wird das Fourierintegral nach Simpson; BW= autom. eingespeicherte Integrationsbandbreite= obere Frequenzsweepgrenze X2. SET : prueft erst den zu transformierenden Verlauf, speichert Zeitbereich T1 .. T2 , Bandbreite BW etc. ein; falls Verlauf Besonderheiten aufweist, wird eine Warnung ausgegeben: 1) untere Frequenzgrenze zu hoch 2) Spektrumabfall bei Null zu schnell (zu wenig Stuetzpunkte) 3) Spektrum bei f=BW noch nicht weit genug abgefallen Wenn man sich ueber die Verhaeltnisse im Klaren ist, kann man mit CONT weitermachen und die Warnung uebergehen. Dann gibt SET noch die allein durch die endliche Bandbreite BW (nicht durch den Vierpol) bedingte Anstiegszeit tan und die Wiederholzeit der Impulsantwort aus. CALC : berechnet vom letzten REPORT-Wertes die Imulsantwort auf einen Diracimpuls am Eingang (Flaeche=1 Vs oder 1 As) hin und die Sprungantwort auf einen Sprung von 0 nach 1 V bzw. 1 A am Eingang. Anwahl mit DIRAC bzw. STUFE; dann GRAPH FOUR1 : Zeit in sek ENTER + FOUR1 druecken ergibt Impulsantwort g(t) zum eingegebenen Zeitpunkt im Stack; guenstig fuer Zwischenwertberechnung ( Dauer ca. 2.8 sek) EXACT : Doppelte Genauigkeit; zu den 11 Spektrumspunkten werden 10 Punkte dazugerechnet (Transformation mit 21 Punkten); Rueckschaltung auf einfache Genauigkeit nicht moeglich; SET nicht anwenden; T1,2 laesst sich immer wieder aendern; CALC + DIRAC,STUFE,FOUR1 dann moeglich. 4. HPPC (Organisation der Datenspeicherung auf dem PC) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Vorausgesetzt wird, dass ein Schnittstellenprogramm zu einem PC da ist. SAVE : zieht alle wesentlichen Daten des mit ANA analysierten Problems fuer in DATA zusammen (Ein- und Ausgabedaten des Problems); MINT DATA schickt man dann (im ASCII-Format am besten) zum PC; vorher speichert man in TEX einen kleinen Kommentar ein; bevor man DATA rueckueberspielt, ist DATA im HP48 zu loeschen. Wenn die Daten n i c h t von einer Matrixinterpolation herkommen, sondern von VPF mit p-abhaengigen Gleichungen, ist SAVE nicht anwendbar. Die Speicherung lohnt gar nicht, weil nur 4 kleine Gleichungen in VPF + TOR1,2 + X1,2 das Problem beschreiben. Bei Neuauflage eines alten Problems muss man die Werte wieder neu eingeben und mit ANA neu analysieren. RANA : = Restore ANA; speichert die Werte (alle Vierpole, alle wichtigen Rechenergebnisse, alle Eingangsdaten, alle MINT Inter-polationsgln. zurueck und gibt den Kommentar aus; man kann mit REPOR sofort wieder weiterarbeiten RYIJ : speichert nur die komplexen Vierpolmatrizen (ca. 20 typ.) nach YIJ zurueck, sonst nichts 5. HELPs - - - - - An wesentlichen Stellen wurden HELPS eingebaut, die gut zu beachten sind. 6. Zuverlaessigkeit ------------------- Das Kernprogramm TWOP gehoert seit einigen Jahren bei allen Studenten der Nachrichtentechnik/Elektronik an der FHT Mannheim zur Standardausruestung. Es ist durch viele Klausuren und Uebungen erprobt. Bei auftretenden Fehlern in diesem Teil sind daher Bedienungs- oder Interpretationsfehlern sehr wahrscheinlich. END_DOC