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Submitted-by: Alexander Fein <fein@novell1.rz.fht-mannheim.de>
Posting-number: Volume 7, Issue 3
Archive-name: hf1_af/part01


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)
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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
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An wesentlichen Stellen wurden HELPS eingebaut, die gut zu beachten
sind.

6. Zuverlaessigkeit
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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