В TINA версии 16 и более поздних версиях можно анализировать нелинейные радиочастотные и микроволновые цепи с помощью метода гармонического баланса. Преимущество этого подхода заключается в том, что он не требует детального моделирования во временной области, что может быть нецелесообразным для сигналов в диапазоне ГГц. Вместо этого вы просто указываете желаемые базовые гармоники, и программа вычисляет и отображает результирующие спектральные линии. Примеры цепей для анализа методом гармонического баланса можно найти в [ссылка на пример]. Примеры\РЧ\ГВ папка TINA.

Давайте посмотрим несколько примеров.

Схема утроителя частоты

Откройте схему Tripler BJT.TSC из папки Examples\RF\HB программы TINA.

Эта схема утроения частоты генерирует выходной сигнал 2.4 ГГц, что ровно в три раза превышает входную частоту 800 МГц, используя высокочастотный биполярный транзистор (MMBR941).

Для получения спектра выходного сигнала запустите анализ гармонического баланса из меню «Анализ», используя указанные ниже настройки. Обязательно выберите соответствующий пункт. vout в поле «Вывод».

Будут отображены следующие спектральные напряжения.

Обратите внимание, что доминирующая спектральная составляющая появляется на третьей гармонике (2.4 ГГц) с амплитудой 113.85 мВ, в то время как основная составляющая на частоте 800 МГц значительно ниже и составляет всего 1.77 мВ. Это подтверждает корректную работу утроения частоты.

Вы также можете отобразить спектральные линии графически, щелкнув по кнопке. ничья кнопка в диалоговом окне «Анализ гармонического баланса».

Обратите внимание, что числовые значения линий спектра можно отобразить, щелкнув по соответствующей кнопке.  (Автоматическая метка)  нажав на кнопку на диаграмме, а затем щелкнув по верхней части линии спектра.

Вы также можете указать необходимые спектральные линии напрямую, перечислив их частоты. Это особенно полезно, когда некоторые спектральные линии находятся далеко от базовой частоты, поскольку определение их как кратных базовой частоте потребовало бы чрезмерного количества спектральных линий.

АМ-демодулятор с PIN-диодом

Для иллюстрации этой техники откройте файл схемы AM Demodulator with PIN Diode.TSC из папки Examples\RF\HB в TINA.

Это простая схема детектора на основе PIN-диода с RC-фильтром нижних частот на выходе.

АМ-сигнал представлен тремя генераторами: одним на несущей частоте 1 ГГц и двумя генераторами, формирующими верхнюю и нижнюю боковые полосы, каждая из которых расположена на расстоянии 100 кГц от несущей.

Теперь рассчитайте амплитуду модулирующего сигнала на выходе PIN-детектора, используя анализ гармонического баланса.

Выберите Анализ гармонического баланса… из Анализ меню. В Анализ HB Диалог появляется.

Как было описано ранее, в данном случае мы указываем только три известные частоты. Анализ HB Вместо того чтобы вычислять все спектральные линии, исходя из базовой частоты, мы используем диалоговое окно, поскольку в противном случае потребовалось бы вычислить 10 000 спектральных линий. Однако для базовой частоты 100 кГц нам требуется вычислить пять спектральных линий из-за вносимых искажений.

с помощью диода.

Теперь нажмите Рассчитать Нажмите кнопку, и отобразятся значения спектральных напряжений.

Следует отметить, что, хотя это и не обязательно, формы сигналов все же можно рассчитать с помощью переходного анализа на этих частотах.

Выберите преходящий из Анализ / Переходные процессы… меню. В Анализ переходных процессов появится диалоговое окно.

Нажмите OK Кнопка. После непродолжительных вычислений в окне диаграммы отображаются форма сигнала АМ и демодулированного сигнала.

Мы также можем перепроверить результаты анализа гармонического баланса с помощью анализа рядов Фурье.

Для выполнения анализа рядов Фурье щелкните по демодулированному сигналу сверху. Выберите Фурье… из Разработка меню диалогового окна.

Ряд Фурье появится диалоговое окно.

Убедитесь, что базовая частота установлена ​​на 100 кГц.

Нажмите Рассчитать Кнопка. Появляется спектр ряда Фурье.

Рассчитанное значение 208.75 мВ при 100 кГц очень близко к значению 202.70 мВ, рассчитанному с использованием метода гармонического баланса.

Наконец, следует отметить, что, как мы видели на этом примере, растущая производительность современных компьютеров делает методы, работающие во временной области, все более конкурентоспособными по сравнению с методом гармонического баланса.