Thiết kế radio hệ số dạng nhỏ X- và Ku-Band

Nhiều hệ thống điện tử quốc phòng và hàng không trong lĩnh vực satcom, radar và EW / SIGINT từ lâu đã yêu cầu quyền truy cập vào một phần hoặc tất cả các dải tần số X và Ku. Khi các ứng dụng này chuyển sang các nền tảng di động hơn như máy bay không người lái (UAV) và radio cầm tay, điều quan trọng là phải phát triển hệ số hình thức nhỏ mới, thiết kế vô tuyến công suất thấp hoạt động ở băng tần X và Ku, trong khi vẫn duy trì mức độ rất cao của màn biểu diễn. Bài viết này phác thảo một kiến ​​trúc IF tần số cao mới giúp giảm đáng kể kích thước, trọng lượng, công suất và chi phí của cả bộ thu và bộ phát mà không ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật của hệ thống. Nền tảng kết quả cũng được định nghĩa theo mô-đun, linh hoạt và phần mềm hơn so với các thiết kế vô tuyến hiện có. Giới thiệu Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều nỗ lực để đạt được băng thông rộng hơn, hiệu suất cao hơn và công suất thấp hơn trong các hệ thống RF, đồng thời tăng dải tần và giảm kích thước. Xu hướng này là động lực cho những cải tiến công nghệ, cho phép tích hợp nhiều thành phần RF hơn so với trước đây. Có rất nhiều trình điều khiển thúc đẩy xu hướng này. Hệ thống Satcom đang có tốc độ dữ liệu mong muốn lên đến 4 Gbps để hỗ trợ truyền và nhận terabyte dữ liệu được thu thập mỗi ngày. Yêu cầu này đang thúc đẩy các hệ thống hoạt động ở băng tần Ku và băng tần Ka do băng thông rộng hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn dễ đạt được ở các tần số này hơn. Nhu cầu này có nghĩa là mật độ kênh cao hơn và băng thông rộng hơn trên mỗi kênh. Một lĩnh vực khác của các yêu cầu về hiệu suất ngày càng tăng là EW và tín hiệu thông minh. Tốc độ quét cho các hệ thống như vậy đang tăng lên, thúc đẩy nhu cầu về các hệ thống có PLL điều chỉnh nhanh và vùng phủ băng thông rộng. Việc hướng tới kích thước, trọng lượng và công suất thấp hơn (SWaP) và các hệ thống tích hợp hơn bắt nguồn từ mong muốn vận hành các thiết bị cầm tay tại hiện trường, cũng như tăng mật độ kênh trong các hệ thống vị trí cố định lớn. Sự tiến bộ của mảng theo giai đoạn cũng được kích hoạt bằng cách tích hợp thêm các hệ thống RF trong một chip duy nhất. Khi sự tích hợp đẩy các bộ thu phát ngày càng nhỏ hơn, nó cho phép mỗi phần tử ăng-ten thu phát riêng của nó, do đó cho phép chuyển từ định dạng chùm tương tự sang định dạng chùm kỹ thuật số. Định dạng chùm tia kỹ thuật số cung cấp khả năng theo dõi nhiều chùm tia cùng một lúc từ một mảng duy nhất. Các hệ thống mảng theo giai đoạn có vô số ứng dụng, cho dù đó là ứng dụng radar thời tiết, EW hay liên lạc có định hướng. Trong nhiều ứng dụng này, việc chuyển sang tần số cao hơn là không thể tránh khỏi, vì môi trường tín hiệu ở tần số thấp hơn trở nên tắc nghẽn hơn. Trong bài viết này, những thách thức này được giải quyết bằng cách sử dụng kiến ​​trúc tích hợp cao dựa trên bộ thu phát AD9371 như một bộ thu và phát IF, cho phép loại bỏ toàn bộ giai đoạn IF và các thành phần liên quan của nó. Bao gồm so sánh giữa các hệ thống truyền thống và kiến ​​trúc được đề xuất này, cũng như các ví dụ về cách kiến ​​trúc này có thể được thực hiện thông qua một quy trình thiết kế điển hình. Cụ thể, việc sử dụng bộ thu phát tích hợp cho phép lập kế hoạch tần số tiên tiến mà không có trong bộ thu phát kiểu superheterodyne tiêu chuẩn. Tổng quan về kiến ​​trúc superheterodyne Kiến trúc superheterodyne đã là kiến ​​trúc được lựa chọn trong nhiều năm do hiệu suất cao có thể đạt được. Một kiến ​​trúc máy thu superheterodyne thường bao gồm một hoặc hai giai đoạn trộn, được đưa vào một bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC). Một kiến ​​trúc thu phát superheterodyne điển hình có thể được nhìn thấy trong Hình 1.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: // www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure1.png?w=435 'alt = 'Hình 1' & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 1. Chuỗi tín hiệu siêu truyền thống X và Ku-band nhận và truyền tín hiệu. Giai đoạn chuyển đổi đầu tiên bộ chuyển đổi upconverters hoặc downconverters tần số RF đầu vào thành phổ ngoài băng tần. Tần số của IF đầu tiên (tần số trung gian) phụ thuộc vào tần số và kế hoạch thúc đẩy, cũng như hiệu suất của bộ trộn và các bộ lọc có sẵn cho đầu cuối RF. IF đầu tiên sau đó được dịch xuống tần số thấp hơn mà ADC có thể số hóa. Mặc dù ADC đã đạt được những tiến bộ ấn tượng về khả năng xử lý băng thông cao hơn, giới hạn trên của chúng ngày nay là khoảng 2 GHz để có hiệu suất tối ưu. Ở tần số đầu vào cao hơn, có sự cân bằng về hiệu suất so với tần số đầu vào phải được xem xét, cũng như thực tế là tốc độ đầu vào cao hơn đòi hỏi tốc độ xung nhịp cao hơn, điều này làm tăng công suất. Ngoài bộ trộn, còn có bộ lọc, bộ khuếch đại và bộ suy giảm bước. Bộ lọc được sử dụng để loại bỏ các tín hiệu ngoài băng tần (OOB) không mong muốn. Nếu không được chọn, những tín hiệu này có thể tạo ra giả nằm trên tín hiệu mong muốn, gây khó khăn hoặc không thể giải điều chế. Bộ khuếch đại thiết lập con số tiếng ồn và độ lợi của hệ thống, cung cấp độ nhạy thích hợp để nhận các tín hiệu nhỏ, trong khi không cung cấp nhiều đến mức ADC quá bão hòa. Một điều cần lưu ý nữa là kiến ​​trúc này thường xuyên yêu cầu các bộ lọc sóng âm bề mặt (SAW) để đáp ứng các yêu cầu lọc khắc nghiệt đối với khử răng cưa trong ADC. Với các bộ lọc SAW có khả năng hoàn thiện nhanh chóng để đáp ứng những yêu cầu này. Tuy nhiên, độ trễ đáng kể cũng như gợn sóng cũng được đưa ra. Ví dụ về kế hoạch tần số máy thu superheterodyne cho băng tần X được thể hiện trong Hình 2. Trong máy thu này, nó được mong muốn nhận từ 8 GHz đến 12 GHz với băng thông 200 MHz. Phổ mong muốn trộn với bộ dao động cục bộ có thể điều chỉnh được (LO) để tạo ra IF ở 5.4 GHz. Sau đó IF 5.4 GHz kết hợp với LO 5 GHz để tạo ra IF 400 MHz cuối cùng. IF cuối cùng nằm trong khoảng từ 300 MHz đến 500 MHz, đây là dải tần mà nhiều ADC có thể hoạt động tốt.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: // www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure2.png?w=435 'alt = 'Hình 2' & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 2. Ví dụ về kế hoạch tần số cho máy thu băng tần X. Thông số kỹ thuật máy thu — Vấn đề quan trọng Ngoài độ lợi nổi tiếng, số nhiễu và thông số kỹ thuật điểm đánh chặn bậc ba, một số thông số kỹ thuật điển hình ảnh hưởng đến việc lập kế hoạch tần số cho bất kỳ kiến ​​trúc máy thu nào bao gồm loại bỏ hình ảnh, loại bỏ IF, bức xạ giả tự tạo và LO. Hình ảnh thúc đẩy — RF nằm ngoài dải quan tâm kết hợp với LO để tạo ra âm trong IF. IF thúc đẩy — RF ở tần số IF lẻn qua bộ lọc trước bộ trộn và hiển thị dưới dạng âm trong IF. Bức xạ LO — RF từ LO rò rỉ ra đầu nối đầu vào của chuỗi máy thu. Bức xạ LO cung cấp một phương tiện được phát hiện, ngay cả khi trong một hoạt động chỉ nhận (xem Hình 3).       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/media/analog/en/landing- trang / kỹ thuật-bài viết / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure3.png? w = 435 'alt =' Hình 3 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 3. Bức xạ LO rò rỉ trở lại qua giao diện người dùng. Giả tự tạo ra - kích thích IF do kết quả của việc trộn đồng hồ hoặc bộ tạo dao động cục bộ trong máy thu. Các thông số kỹ thuật loại bỏ hình ảnh áp dụng cho cả giai đoạn trộn thứ nhất và thứ hai. Trong một ứng dụng điển hình cho X- và Ku-Band, giai đoạn trộn đầu tiên có thể tập trung xung quanh IF cao trong phạm vi 5 GHz đến 10 GHz. IF cao là mong muốn ở đây, do thực tế là hình ảnh rơi vào Ftune + 2 × IF, như thể hiện trong Hình 4. Vì vậy IF càng cao thì dải ảnh càng giảm. Dải hình ảnh này phải bị từ chối trước khi chạm vào bộ trộn đầu tiên, nếu không năng lượng ngoài dải trong phạm vi này sẽ hiển thị dưới dạng giả trong IF đầu tiên. Đây là một trong những lý do chính tại sao hai giai đoạn trộn thường được sử dụng. Nếu chỉ có một giai đoạn trộn duy nhất, với IF ở hàng trăm MHz, thì tần số hình ảnh sẽ rất khó bị loại bỏ ở đầu trước của máy thu.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/ - / media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure4.png? w = 435 'alt =' Hình 4 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hinh 4. Hình ảnh trộn vào IF. Một dải hình ảnh cũng tồn tại cho bộ trộn thứ hai khi chuyển đổi IF đầu tiên xuống IF thứ hai. Vì IF thứ hai có tần số thấp hơn (bất cứ nơi nào từ vài trăm MHz đến 2 GHz), các yêu cầu lọc của bộ lọc IF đầu tiên có thể thay đổi khá nhiều. Đối với một ứng dụng điển hình trong đó IF thứ hai là vài trăm MHz, việc lọc có thể rất khó khăn với IF đầu tiên tần số cao, yêu cầu các bộ lọc tùy chỉnh lớn. Đây thường có thể là bộ lọc khó thiết kế nhất trong hệ thống, do tần số cao và yêu cầu loại bỏ thường hẹp. Ngoài việc loại bỏ hình ảnh, các mức công suất LO quay trở lại từ bộ trộn đến đầu nối đầu vào nhận phải được lọc mạnh. Điều này đảm bảo rằng người dùng không thể bị phát hiện do nguồn điện bức xạ. Để đạt được điều đó, LO nên được đặt tốt bên ngoài băng tần RF để đảm bảo có thể thực hiện lọc đầy đủ. Giới thiệu Kiến trúc IF cao Việc cung cấp các bộ thu phát tích hợp mới nhất bao gồm AD9371, bộ thu phát chuyển đổi trực tiếp 300 MHz đến 6 GHz với hai kênh nhận và hai kênh truyền. Băng thông nhận và truyền có thể điều chỉnh từ 8 MHz đến 100 MHz và có thể được cấu hình cho hoạt động song công phân chia theo tần số (FDD) hoặc song công phân chia theo thời gian (TDD). Bộ phận này được đặt trong một gói 12 mm2 và tiêu thụ điện năng ~ 3 W ở chế độ TDD hoặc ~ 5 W ở chế độ FDD. Với sự tiến bộ của hiệu chuẩn sửa lỗi vuông góc (QEC), việc loại bỏ hình ảnh từ 75 dB đến 80 dB đã đạt được.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/ - / media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure5.png? w = 435 'alt =' Hình 5 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hinh 5. Sơ đồ khối bộ thu phát chuyển đổi trực tiếp AD9371. Sự tiến bộ về hiệu suất của các vi mạch thu phát tích hợp đã mở ra một khả năng mới. AD9371 kết hợp bộ trộn thứ hai, bộ lọc và khuếch đại IF thứ hai, và bộ ADC suy giảm biến đổi, cũng như bộ lọc và phân rã kỹ thuật số của chuỗi tín hiệu. Trong kiến ​​trúc này, AD9371, có dải điều chỉnh từ 300 MHz đến 6 GHz, có thể được điều chỉnh đến tần số từ 3 GHz đến 6 GHz và nhận IF đầu tiên trực tiếp (xem Hình 6). Với mức tăng 16 dB, NF là 19 dB và OIP3 là 40 dBm ở 5.5 GHz, AD9371 lý tưởng được chỉ định làm bộ thu IF.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure6.png? w = 435 'alt =' Hình 6 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 6. Bộ thu phát băng tần X hoặc Ku với AD9371 làm bộ thu IF. Với việc sử dụng bộ thu phát tích hợp làm bộ thu IF, không còn phải lo lắng về hình ảnh qua bộ trộn thứ hai, như trường hợp của bộ thu superheterodyne. Điều này có thể làm giảm đáng kể bộ lọc cần thiết trong dải IF đầu tiên. Tuy nhiên, vẫn phải có một số bộ lọc để tính đến các hiệu ứng bậc hai trong bộ thu phát. Dải IF đầu tiên bây giờ sẽ cung cấp khả năng lọc với tần số gấp hai lần tần số IF đầu tiên để loại bỏ những hiệu ứng này — một nhiệm vụ dễ dàng hơn nhiều so với việc lọc hình ảnh thứ hai và LO thứ hai, có thể gần bằng vài trăm MHz. Các yêu cầu lọc này thường có thể được giải quyết với chi phí thấp, nhỏ ngoài các bộ lọc LTCC còn hạn sử dụng. Thiết kế này cũng cung cấp một mức độ linh hoạt cao trong hệ thống và có thể dễ dàng tái sử dụng cho các ứng dụng khác nhau. Một cách cung cấp tính linh hoạt là lựa chọn tần số IF. Nguyên tắc chung cho lựa chọn IF là đặt nó trong một phạm vi cao hơn từ 1 GHz đến 2 GHz so với băng thông phổ mong muốn thông qua bộ lọc front-end. Ví dụ: nếu nhà thiết kế mong muốn băng thông phổ 4 GHz từ 17 GHz đến 21 GHz thông qua bộ lọc kết thúc phía trước, IF có thể được đặt ở tần số 5 GHz (1 GHz trên băng thông mong muốn 4 GHz). Điều này cho phép lọc có thể thực hiện được trong giao diện người dùng. Nếu chỉ muốn băng thông 2 GHz, có thể sử dụng IF 3 GHz. Hơn nữa, do bản chất có thể xác định phần mềm của AD9371, có thể dễ dàng thay đổi IF ngay lập tức cho các ứng dụng vô tuyến nhận thức, nơi có thể tránh được các tín hiệu chặn khi chúng được phát hiện. Băng thông có thể điều chỉnh dễ dàng của AD9371 từ 8 MHz đến 100 MHz hơn nữa cho phép tránh nhiễu gần tín hiệu quan tâm. Với mức độ tích hợp cao trong kiến ​​trúc IF cao, chúng tôi kết thúc với một chuỗi tín hiệu thu chiếm khoảng 50% không gian cần thiết cho một superheterodyne tương đương, đồng thời giảm mức tiêu thụ điện năng xuống 30%. Ngoài ra, kiến ​​trúc IF cao là một bộ thu linh hoạt hơn so với kiến ​​trúc superheterodyne. Kiến trúc này là một yếu tố hỗ trợ cho các thị trường SWaP thấp, nơi mong muốn có kích thước nhỏ mà không làm giảm hiệu suất. Lập kế hoạch tần số máy thu với kiến ​​trúc IF cao Một trong những lợi thế của kiến ​​trúc IF cao là khả năng điều chỉnh IF. Điều này có thể đặc biệt thuận lợi khi cố gắng tạo ra một kế hoạch tần suất để tránh bất kỳ sự can thiệp nào. Một sự thúc đẩy gây nhiễu có thể xảy ra khi tín hiệu nhận được trộn với LO trong bộ trộn và tạo ra m × n thúc đẩy không phải là âm mong muốn trong dải IF. Bộ trộn tạo ra tín hiệu đầu ra và kích thích theo phương trình m × RF ± n × LO, trong đó m và n là các số nguyên. Tín hiệu nhận được tạo ra một xung nhịp m × n có thể rơi vào dải IF và trong một số trường hợp nhất định, âm mong muốn có thể gây ra sự thúc đẩy chéo ở một tần số cụ thể. Ví dụ: nếu chúng ta quan sát một hệ thống được thiết kế để nhận 12 GHz đến 16 GHz với IF ở 5.1 GHz, như trong Hình 7, các tần số hình ảnh m × n gây ra sự thúc đẩy hiển thị trong băng tần có thể được tìm thấy với phương trình sau : & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; ; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; ; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical -articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure7.png? w = 435 'alt =' Hình 7 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp ; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; ; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; ; amp; amp; gt; Hình 7. Kiến trúc IF cao của bộ thu và bộ phát 12 GHz đến 16 GHz. Trong phương trình này, RF là tần số RF trên đầu vào của bộ trộn, làm cho âm rơi vào IF. Hãy sử dụng một ví dụ để minh họa. Nếu bộ thu được điều chỉnh thành 13 GHz, điều đó có nghĩa là tần số LO ở 18.1 GHz (5.1 GHz + 13 GHz). Cắm các giá trị này vào phương trình trước đó và cho phép m và n nằm trong khoảng từ 0 đến 3, chúng ta nhận được phương trình RF như sau: Kết quả trong bảng sau: Bảng 1. Bảng giả M ​​× N cho tần số RF 18.1 GHz LO mn (GHz) RFdif (GHz) 1 1 23.200 13.000 1 2 41.300 31.100 1 3 59.400 49.200 2 1 11.600 6.500 2 2 20.650 15.550 2 3 29.700 24.600 3 1 7.733 4.333 3 2 13.767 10.367 3 3 19.800 16.400 Trong bảng, hàng đầu tiên / cột thứ tư hiển thị tín hiệu 13 GHz mong muốn, là kết quả của sản phẩm 1 × 1 trong bộ trộn. Cột thứ năm / hàng thứ tư và cột thứ tám / hàng thứ ba hiển thị các tần số trong băng tần có thể có vấn đề có thể hiển thị dưới dạng các nhánh trong băng tần. Ví dụ: tín hiệu 15.55 GHz nằm trong phạm vi mong muốn từ 12 GHz đến 16 GHz. Âm ở 15.55 GHz trên đầu vào trộn với LO, để tạo ra âm 5.1 GHz (18.1 × 2–15.55 × 2 = 5.1 GHz). Các hàng khác (2, 3, 4, 6, 7 và 9) cũng có thể gây ra sự cố nhưng do nằm ngoài dải, chúng có thể bị lọc bởi bộ lọc thông dải đầu vào. Mức độ thúc đẩy phụ thuộc vào một số yếu tố. Yếu tố chính là hiệu suất của máy trộn. Vì máy trộn vốn dĩ là một thiết bị phi tuyến, nên tồn tại nhiều sóng hài được tạo ra bên trong bộ phận này. Tùy thuộc vào mức độ phù hợp của các điốt bên trong bộ trộn và mức độ tối ưu của bộ trộn cho hiệu suất giả, các mức trên đầu ra sẽ được xác định. Một biểu đồ thúc đẩy bộ trộn thường được bao gồm trong bảng dữ liệu và có thể giúp xác định các mức này. Ví dụ về biểu đồ kích thích bộ trộn được hiển thị trong Bảng 2, cho HMC773ALC3B. Biểu đồ chỉ định mức dBc của các nhánh so với âm 1 × 1 mong muốn. Bảng 2. Biểu đồ Spur của Mixer cho HMC773ALC3B n × LO 0 1 2 3 4 5 m × RF 0 - 14.2 35 32.1 50.3 61.4 1 –1.9 - 17.7 31.1 32.8 61.2 2 83 55.3 60 59.6 6 73.7 87.9 3 82.6 86.1 68 68.5 61.9 85.9 4 76 86.7 82.1 77.4 74.9 75.8 5 69.3 74.7 85.3 87 85.1 62 Với biểu đồ thúc đẩy này, cùng với phần mở rộng của phân tích được thực hiện trong Bảng 1, chúng tôi có thể tạo ra một bức tranh đầy đủ về những gì tông màu hình ảnh m × n có thể ảnh hưởng đến máy thu của chúng tôi và tại cấp mấy. Một bảng tính có thể được tạo với đầu ra tương tự như trong Hình 8.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure8.png? w = 435 'alt =' Hình 8 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 8. ảnh m × n cho bộ thu 12 GHz đến 16 GHz. Trong Hình 8, phần màu xanh lam hiển thị băng thông mong muốn. Các dòng hiển thị hình ảnh m × n khác nhau và mức độ của chúng. Từ biểu đồ này, có thể dễ dàng thấy những yêu cầu lọc nào cần thiết trước bộ trộn để đáp ứng các yêu cầu về nhiễu. Trong trường hợp này, có một số trục ảnh nằm trong dải và không thể lọc được. Bây giờ chúng ta sẽ xem xét tính linh hoạt của kiến ​​trúc IF cao cho phép chúng ta làm việc xung quanh một số nhánh này như thế nào, đây là điều mà kiến ​​trúc superheterodyne không có được. Tránh nhiễu trong chế độ máy thu Biểu đồ trong Hình 9 cho thấy một gói tần số tương tự nằm trong khoảng từ 8 GHz đến 12 GHz, với IF mặc định là 5.1 GHz. Biểu đồ này cung cấp một cái nhìn khác về nhịp của bộ trộn, hiển thị tần số của giai điệu trung tâm so với. m × n tần số hình ảnh, trái ngược với mức kích thích như được hiển thị trước đó. Đường chéo 1: 1 được in đậm trong biểu đồ này hiển thị mức thúc đẩy 1 × 1 mong muốn. Các đường khác trên biểu đồ đại diện cho các hình ảnh m × n. Ở phía bên trái của hình này là một đại diện không có tính linh hoạt trong điều chỉnh IF. IF được cố định ở 5.1 GHz trong trường hợp này. Với tần số điều chỉnh 10.2 GHz, hình ảnh 2 × 1 thúc đẩy tín hiệu mong muốn. Điều này có nghĩa là nếu bạn được điều chỉnh đến 10.2 GHz, rất có thể một tín hiệu gần đó có thể chặn việc nhận tín hiệu quan tâm. Biểu đồ bên phải cho thấy một giải pháp cho vấn đề này với điều chỉnh IF linh hoạt. Trong trường hợp này, IF chuyển từ 5.1 GHz sang 4.1 GHz gần 9.2 GHz. Điều này ngăn chặn sự thúc đẩy chéo xảy ra.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure9.png? w = 435 'alt =' Hình 9 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 9. m × n bộ phân tần thúc đẩy không có IF linh hoạt (trên cùng) và tránh giao nhau với điều chỉnh IF (dưới). Đây chỉ là một ví dụ đơn giản về cách có thể tránh các tín hiệu chặn với kiến ​​trúc IF cao. Khi kết hợp với các thuật toán thông minh để xác định nhiễu và tính toán các tần số IF tiềm năng mới, có nhiều cách khả thi để tạo ra một máy thu có thể thích ứng với bất kỳ môi trường quang phổ nào. Nó đơn giản như xác định IF phù hợp trong một phạm vi nhất định (thường là 3 GHz đến 6 GHz), sau đó tính toán lại và lập trình LO dựa trên tần số đó. Quy hoạch tần số máy phát với kiến ​​trúc IF cao Cũng như quy hoạch tần số nhận, có thể tận dụng tính chất linh hoạt của kiến ​​trúc IF cao để cải thiện hiệu suất giả của máy phát. Trong khi đó ở phía máy thu, nội dung tần số có phần khó đoán. Về phía máy phát, dễ dàng dự đoán giả trên đầu ra của máy phát. Nội dung RF này có thể được dự đoán bằng phương trình sau: Trong đó IF được xác định trước và được xác định bởi tần số điều chỉnh của AD9371, LO được xác định bởi tần số đầu ra mong muốn. Biểu đồ bộ trộn tương tự như đã được thực hiện cho kênh thu có thể được tạo ở phía phát. Một ví dụ được thể hiện trong Hình 10. Trong biểu đồ này, các yếu tố thúc đẩy lớn nhất là hình ảnh và tần số LO, có thể được lọc ra các mức mong muốn bằng bộ lọc thông dải sau bộ trộn. Trong các hệ thống FDD, nơi đầu ra giả có thể làm mất nhạy cảm với một máy thu gần đó, các nhánh trong dải có thể có vấn đề và đây là lúc mà tính linh hoạt của điều chỉnh IF có thể có ích. Trong ví dụ từ Hình 10, nếu IF tĩnh là 5.1 GHz được sử dụng, sẽ tồn tại một sự thúc đẩy chéo trên đầu ra của máy phát, sẽ gần 15.2 GHz. Bằng cách điều chỉnh IF thành 4.3 GHz ở tần số điều chỉnh 14 GHz, có thể tránh được sự thúc đẩy chéo. Điều này được mô tả trong Hình 11.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure10.png? w = 435 'alt =' Hình 10 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 10. Đầu ra giả mà không có bộ lọc.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure11.png? w = 435 'alt =' Hình 11 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 11. IF tĩnh gây ra sự thúc đẩy giao nhau (trên cùng), điều chỉnh IF để tránh thúc đẩy giao nhau (dưới cùng). Ví dụ về thiết kế — Hệ thống FDD băng rộng Để hiển thị hiệu suất có thể đạt được với kiến ​​trúc này, hệ thống FDD của bộ thu và bộ phát nguyên mẫu đã được xây dựng với các thành phần Thiết bị tương tự có sẵn và được định cấu hình cho hoạt động 12 GHz đến 16 GHz trong băng tần nhận, và hoạt động từ 8 GHz đến 12 GHz trong băng tần truyền. IF 5.1 GHz được sử dụng để thu thập dữ liệu hiệu suất. LO được đặt thành dải từ 17.1 GHz đến 21.1 GHz cho kênh nhận và 13.1 GHz đến 17.1 GHz cho kênh truyền. Sơ đồ khối cho nguyên mẫu được thể hiện trong Hình 12. Trong sơ đồ này, bảng chuyển đổi X và Ku được hiển thị ở bên trái và thẻ đánh giá AD9371 được hiển thị ở bên phải.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure12.png? w = 435 'alt =' Hình 12 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 12. Sơ đồ khối cho hệ thống nguyên mẫu FDD thu và phát băng tần X và Ku. Dữ liệu về độ lợi, độ ồn và IIP3 được thu thập trên bộ chuyển đổi hướng xuống nhận và được hiển thị trong Hình 13 (trên cùng). Nhìn chung, mức tăng là ~ 20 dB, NF là ~ 6 dB, và IIP3 là ~ –2 dBm. Một số cân bằng độ lợi bổ sung có thể được thực hiện với việc sử dụng bộ cân bằng, hoặc hiệu chuẩn độ lợi có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bộ suy giảm biến đổi trong AD9371.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ media / analog / en / landing-pages / Technical-Articles / x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design / figure13.png? w = 435 'alt =' Hình 13 '& amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; gt; Hình 13. Dữ liệu máy thu băng tần Ku (trên cùng), dữ liệu máy phát băng tần X (dưới cùng). Bộ chuyển đổi hướng lên truyền cũng được đo, ghi lại độ lợi của nó, 0 P1dB và OIP3. Dữ liệu này được vẽ theo tần số trong Hình 13 (dưới cùng). Mức tăng là ~ 27 dB, P1 dB ~ 22 dBm và OIP3 ~ 32 dBm. Khi bo mạch này được kết hợp với bộ thu phát tích hợp, các thông số kỹ thuật tổng thể về thu và phát được thể hiện trong Bảng 3. Bảng 3. Bảng Hiệu suất tổng thể của hệ thống Rx, 12 GHz đến 16 GHz Tx, 8 GHz đến 12 GHz Tăng 36 dB Công suất đầu ra 23 dBm Tiếng ồn Hình 6.8 dB Tầng ồn –132 dBc / Hz IIP3 –3 dBm OIP3 31 dBm Chân, tối đa (không có AGC ) –33 dBm OP1dB 22 dBm Trong băng tần m × n –60 dBc Trong băng tần –70 dBc Công suất 3.4 W Công suất 4.2 W Nhìn chung, hiệu suất của bộ thu phù hợp với kiến ​​trúc superheterodyne, trong khi công suất bị giảm đáng kể . Một thiết kế superheterodyne tương đương sẽ tiêu thụ hơn 5 W cho chuỗi máy thu. Ngoài ra, bảng nguyên mẫu đã được chế tạo mà không có ưu tiên giảm kích thước. Với các kỹ thuật bố trí PCB thích hợp, cũng như tích hợp AD9371 vào cùng một PCB như bộ chuyển đổi xuống, kích thước tổng thể của giải pháp sử dụng kiến ​​trúc này có thể được cô đọng lại chỉ còn 4 đến 6 inch vuông. Điều này cho thấy sự tiết kiệm kích thước đáng kể so với dung dịch superheterodyne tương đương, sẽ gần 8 đến 10 inch vuông.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn