Design rádia s malým tvarovým faktorem v pásmu X a Ku

Mnoho leteckých a obranných elektronických systémů v oblasti satelitní komunikace, radaru a EW/SIGINT již dlouho vyžaduje přístup k části nebo všem frekvenčním pásmům X a Ku. Vzhledem k tomu, že se tyto aplikace přesouvají na více přenosných platforem, jako jsou bezpilotní letouny (UAV) a ruční rádia, je zásadní vyvinout nový design rádia s malým výkonem a nízkým výkonem, který pracuje v pásmech X a Ku, a přitom si stále zachovává velmi vysoké úrovně výkon. Tento článek nastiňuje novou vysokofrekvenční IF architekturu, která drasticky snižuje velikost, hmotnost, výkon a náklady na přijímač i vysílač, aniž by to ovlivnilo specifikace systému. Výsledná platforma je také modulárnější, flexibilnější a softwarově definovanější než stávající návrhy rádií. Úvod V posledních letech se neustále zvyšuje tlak na dosažení širších šířek pásma, vyššího výkonu a nižšího výkonu v RF systémech, to vše při zvýšení frekvenčního rozsahu a zmenšení velikosti. Tento trend byl hybnou silou technologických vylepšení, která umožnila větší integraci RF komponentů, než bylo dosud k vidění. Tento trend prosazuje mnoho řidičů. Systémy Satcom zaznamenávají požadované datové rychlosti až 4 Gb / s, aby podporovaly přenos a příjem terabajtů shromážděných dat za den. Tento požadavek tlačí systémy k provozu v pásmu Ku a Ka vzhledem k tomu, že na těchto frekvencích lze snáze dosáhnout širších šířek pásma a vyšších datových rychlostí. Tato poptávka znamená vyšší hustotu kanálů a širší šířku pásma na kanál. Další oblast zvyšování požadavků na výkon je v EW a signalizační inteligenci. Rychlost skenování takových systémů se zvyšuje, což nutnost systémů, které mají rychlé ladění PLL a široké pokrytí šířkou pásma, zvyšuje. Snaha o nižší velikost, hmotnost a výkon (SWaP) a integrovanější systémy pramení z touhy provozovat ruční zařízení v terénu a také zvýšit hustotu kanálů ve velkých systémech s pevným umístěním. Rozvoj fázovaných polí je také umožněn další integrací RF systémů do jednoho čipu. Protože integrace tlačí transceivery stále menší a menší, umožňuje každému prvku antény vlastní transceiver, což zase umožňuje postup od analogového tvarování paprsku k digitálnímu tvarování paprsku. Digitální tvarování paprsků poskytuje možnost sledovat více paprsků najednou z jednoho pole. Systémy fázového pole mají nespočet aplikací, ať už jde o meteorologický radar, aplikace EW nebo řízenou komunikaci. V mnoha z těchto aplikací je pohon na vyšší frekvence nevyhnutelný, protože prostředí signálu na nižších frekvencích je stále více přetížené. V tomto článku jsou tyto výzvy řešeny pomocí vysoce integrované architektury založené na přijímači a vysílači AD9371 jako přijímači a vysílači IF, což umožňuje odebrání celého stupně IF a jeho přidružených komponent. Zahrnuto je srovnání mezi tradičními systémy a touto navrhovanou architekturou, stejně jako příklady toho, jak lze tuto architekturu implementovat prostřednictvím typického procesu návrhu. Konkrétně použití integrovaného transceiveru umožňuje určité pokročilé plánování frekvence, které ve standardním transceiveru ve stylu superheterodyn není k dispozici. Přehled superheterodynní architektury Superheterodynní architektura je architekturou volby po mnoho let díky vysokému výkonu, kterého lze dosáhnout. Architektura superheterodynního přijímače se obvykle skládá z jednoho nebo dvou směšovacích stupňů, které jsou přiváděny do analogově-digitálního převodníku (ADC). Typickou superheterodynní architekturu transceiveru lze vidět na obrázku 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; 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= "Obrázek 1" a "Obr. 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;amp;amp;amp;amp;amp;gt; Obrázek XNUMX. Tradiční superheterodyn v X a Ku pásmu přijímá a vysílá signální řetězce. První stupeň převodu převádí nebo převádí vstupní RF frekvence na spektrum mimo pásmo. Frekvence prvního IF (mezifrekvence) závisí na frekvenci a plánování ostruhy, stejně jako na výkonu mixéru a dostupných filtrech pro RF frontend. První IF je pak převeden na nižší frekvenci, kterou může ADC digitalizovat. Přestože ADC dosahují pozoruhodných pokroků ve své schopnosti zpracovávat vyšší šířky pásma, jejich horní hranice je dnes pro optimální výkon kolem 2 GHz. Při vyšších vstupních frekvencích dochází ke kompromisům mezi výkonem vs. vstupní frekvence, kterou je třeba vzít v úvahu, stejně jako skutečnost, že vyšší vstupní frekvence vyžadují vyšší taktovací frekvence, které zvyšují výkon. Kromě směšovačů existují filtry, zesilovače a krokové atenuátory. Filtrování se používá k odmítnutí nežádoucích signálů mimo pásmo (OOB). Pokud nejsou zaškrtnuty, mohou tyto signály vytvářet falešné, které spadají na požadovaný signál, což ztěžuje nebo znemožňuje demodulaci. Zesilovače nastavují šumové číslo a zisk systému, poskytují adekvátní citlivost pro příjem malých signálů, ale neposkytují tolik, aby se ADC přesytil. Další věc, kterou je třeba poznamenat, je, že tato architektura často vyžaduje filtry povrchových akustických vln (SAW), aby splňovaly náročné požadavky na filtrování pro antialiasing v ADC. S filtry SAW se tyto požadavky splňují ostře. Zavádí se však také výrazné zpoždění a zvlnění. Příklad frekvenčního plánu superheterodynního přijímače pro pásmo X je znázorněn na obrázku 2. V tomto přijímači je požadován příjem mezi 8 GHz a 12 GHz se šířkou pásma 200 MHz. Požadované spektrum se mísí s laditelným lokálním oscilátorem (LO) a generuje IF na 5.4 GHz. 5.4 GHz IF se pak mísí s 5 GHz LO a vytváří konečných 400 MHz IF. Konečný IF se pohybuje od 300 MHz do 500 MHz, což je frekvenční rozsah, kde mnoho ADC může dobře fungovat.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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= "Obrázek 2" a "Obr. 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;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt; Obrázek XNUMX. Příklad frekvenčního plánu pro přijímač pásma X. Specifikace přijímače-na čem záleží Kromě dobře známých specifikací zisku, šumu a záchytných bodů třetího řádu patří mezi typické specifikace, které ovlivňují plánování frekvence pro jakoukoli architekturu přijímače, odmítnutí obrazu, IF odmítnutí, vlastní generování rušivého záření a záření LO. Ostruhy obrazu - RF mimo pásmo zájmu, které se mísí s LO a generuje tón v IF. IF spurs - RF na frekvenci IF, která se plíží filtrováním před mixérem a zobrazuje se jako tón v IF. Záření LO - RF z LO uniká ven do vstupního konektoru řetězce přijímače. Záření LO poskytuje způsob detekce, i když je provoz pouze pro příjem (viz obrázek 3).       & 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/figure3.png?w=435 ' alt='Obrázek 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;gt; Obrázek 3 Radiace LO uniká zpět předním koncem. Vlastní generovaný falešný — podnět v IF, který je výsledkem míchání hodin nebo lokálních oscilátorů v přijímači. Specifikace odmítnutí obrazu platí pro první i druhý stupeň míchání. V typické aplikaci pro pásmo X a Ku může být první směšovací stupeň soustředěn kolem vysokého IF v rozsahu 5 GHz až 10 GHz. Zde je žádoucí vysoký IF, protože obrázek padá na Ftune + 2 × IF, jak ukazuje obrázek 4. Takže čím vyšší je IF, tím dále bude pás obrazu klesat. Toto obrazové pásmo musí být odmítnuto před spuštěním prvního mixu, jinak se energie mimo pásmo v tomto rozsahu projeví jako falešná v prvním IF. To je jeden z hlavních důvodů, proč se obvykle používají dva směšovací stupně. Pokud by existoval jediný směšovací stupeň s IF ve stovkách MHz, bylo by velmi obtížné odmítnout frekvenci obrazu na přední straně přijímače.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; 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 =' Figure 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; gt; Obrázek 4. Míchání obrázků do IF. Obrazové pásmo také existuje pro druhý směšovač při převodu prvního IF dolů na druhý IF. Jelikož má druhý mezifrekvenční filtr nižší frekvenci (od několika stovek MHz do 2 GHz), mohou se požadavky na filtrování prvního mezifrekvenčního filtru dosti lišit. Pro typickou aplikaci, kde je druhý IF několik set MHz, může být filtrování velmi obtížné s vysokofrekvenčním prvním IF, což vyžaduje velké uživatelské filtry. Toto může být často nejobtížnějším filtrem v systému kvůli vysoké frekvenci a typicky úzkým požadavkům na odmítnutí. Kromě odmítnutí obrazu musí být agresivně filtrovány také úrovně výkonu LO vracející se ze směšovače do vstupního vstupního konektoru. Tím je zajištěno, že uživatele nelze detekovat kvůli vyzařovanému výkonu. Aby se toho dosáhlo, měl by být LO umístěn dobře mimo pásmo RF prostupu, aby bylo zajištěno adekvátní filtrování. Představujeme architekturu High IF Nejnovější nabídka integrovaných transceiverů zahrnuje AD9371, transceiver s přímou konverzí 300 MHz až 6 GHz se dvěma přijímacími a dvěma vysílacími kanály. Šířka pásma pro příjem a vysílání je nastavitelná od 8 MHz do 100 MHz a lze ji konfigurovat pro provoz s duplexem s frekvenčním dělením (FDD) nebo s duplexem s časovým dělením (TDD). Díl je umístěn v pouzdře 12 mm2 a spotřebovává ~ 3 W energie v režimu TDD nebo ~ 5 W v režimu FDD. S pokrokem kalibrace korekce kvadraturní chyby (QEC) je dosaženo odmítnutí obrazu o 75 dB až 80 dB.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; 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 =' Figure 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; gt; Obrázek 5. AD9371 blokové schéma transceiveru přímé konverze. Pokrok ve výkonu integrovaných integrovaných obvodů transceiveru otevřel novou možnost. AD9371 obsahuje druhý směšovač, druhé IF filtrování a zesílení a variabilní útlum ADC, stejně jako digitální filtrování a decimaci signálního řetězce. V této architektuře lze AD9371, který má rozsah ladění 300 MHz až 6 GHz, naladit na frekvenci mezi 3 GHz a 6 GHz a přijímat první IF přímo (viz obrázek 6). Se ziskem 16 dB, NF 19 dB a OIP3 40 dBm při 5.5 GHz je AD9371 ideálně určen jako IF přijímač.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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='Obrázek 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;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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; Obrázek 6. Transceiver v pásmu X nebo Ku s AD9371 jako IF přijímač. Při použití integrovaného transceiveru jako IF přijímače již odpadá starost o obraz přes druhý směšovač, jako je tomu u superheterodynního přijímače. To může výrazně snížit filtrování požadované v prvním IF proužku. Stále však musí existovat určité filtrování, které by zohlednilo efekty druhého řádu v transceiveru. První mezifrekvenční proužek by nyní měl poskytovat filtrování na dvojnásobku první mezifrekvenční frekvence, aby se tyto efekty negovaly – mnohem snazší úkol než filtrování druhého snímku a druhého LO, který může být až několik set MHz. Tyto požadavky na filtrování lze obvykle řešit s nízkými náklady a malými filtry LTCC. Tento design také poskytuje vysokou úroveň flexibility v systému a lze jej snadno znovu použít pro různé aplikace. Jedním ze způsobů, jak je zajištěna flexibilita, je výběr frekvence IF. Obecným pravidlem pro výběr IF je umístit jej do rozsahu, který je o 1 GHz až 2 GHz vyšší, než je požadovaná šířka pásma spektra prostřednictvím front-end filtrování. Pokud například designér touží po 4 GHz šířky pásma spektra od 17 GHz do 21 GHz přes přední filtr, lze IF umístit na frekvenci 5 GHz (1 GHz nad požadovanou šířku pásma 4 GHz). To umožňuje realizovatelné filtrování v frontendu. Pokud je požadována pouze šířka pásma 2 GHz, lze použít IF 3 GHz. Navíc, vzhledem k softwarově definovatelné povaze AD9371, je snadné změnit IF za běhu pro kognitivní rádiové aplikace, kde je možné se vyhnout blokovacím signálům, když jsou detekovány. Snadno nastavitelná šířka pásma AD9371 od 8 MHz do 100 MHz dále umožňuje vyhnout se rušení v blízkosti požadovaného signálu. S vysokou úrovní integrace ve vysoké architektuře IF končíme se signálovým řetězcem přijímače, který zabírá asi 50% prostoru potřebného pro ekvivalentní superheterodyn, a zároveň snižuje spotřebu energie o 30%. Kromě toho je architektura vysokého IF flexibilnějším přijímačem než superheterodynová architektura. Tato architektura je aktivátorem pro trhy s nízkými SWaP, kde je požadována malá velikost bez ztráty výkonu. Plánování frekvence přijímače s architekturou vysokého IF Jednou z výhod architektury vysokého IF je možnost vyladit IF. To může být zvláště výhodné při pokusu o vytvoření frekvenčního plánu, který se vyhýbá jakýmkoli rušivým ostruhám. Interferující ostruha může vzniknout, když se přijímaný signál mísí s LO v mixu a generuje m × n ostruhu, která není požadovaným tónem v IF pásmu. Směšovač generuje výstupní signály a ostruhy podle rovnice m × RF ± n × LO, kde m a n jsou celá čísla. Přijímaný signál vytváří m × n ostruhu, která může spadat do pásma IF a v určitých případech může požadovaný tón způsobit přechodovou ostruhu na konkrétní frekvenci. Pokud například pozorujeme systém navržený pro příjem 12 GHz až 16 GHz s IF na 5.1 GHz, jako na obrázku 7, m × n obrazových frekvencí, které způsobují, že se v pásmu objeví ostruha, lze nalézt pomocí následující rovnice : & 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 -články/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/obrázek7.png? w = 435 'alt =' Obrázek 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; gt; Obrázek 7. Architektura přijímače a vysílače 12 IF až 16 GHz s vysokou IF. V této rovnici jsou RF frekvence RF na vstupu směšovače, které způsobují pokles tónu v IF. Pro ilustraci použijeme příklad. Pokud je přijímač naladěn na 13 GHz, znamená to, že frekvence LO je na 18.1 GHz (5.1 GHz + 13 GHz). Zapojením těchto hodnot do předchozí rovnice a ponecháním m an v rozsahu od 0 do 3 získáme pro RF následující rovnici: Výsledky jsou v následující tabulce: Tabulka 1. M × N Podvržený stůl pro 18.1 GHz LO mn RFsum (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 V tabulce je v prvním řádku/čtvrtém sloupci uveden požadovaný signál 13 GHz, který je výsledkem součinu 1 × 1 v směšovači. Pátý sloupec/čtvrtý řádek a osmý sloupec/třetí řádek ukazují potenciálně problematické kmitočty v pásmu, které se mohou projevit jako ostruhy v pásmu. Například signál 15.55 GHz je v požadovaném rozsahu 12 GHz až 16 GHz. Tón na 15.55 GHz na vstupu se mísí s LO a generuje tón 5.1 GHz (18.1 × 2–15.55 × 2 = 5.1 GHz). Ostatní řádky (2, 3, 4, 6, 7 a 9) mohou také představovat problém, ale vzhledem k tomu, že jsou mimo pásmo, mohou být filtrovány vstupním pásmovým filtrem. Úroveň ostruhy závisí na několika faktorech. Hlavním faktorem je výkon mixéru. Vzhledem k tomu, že směšovač je ze své podstaty nelineární zařízení, existuje mnoho harmonických generovaných uvnitř součásti. V závislosti na tom, jak dobře jsou diody uvnitř mixéru sladěny a jak dobře je mixér optimalizován pro podvržený výkon, budou určeny úrovně na výstupu. V datovém listu je obvykle zahrnut graf směšovače směšovače, který může pomoci určit tyto úrovně. Příklad grafu ostruh směšovače je uveden v tabulce 2 pro HMC773ALC3B. Tabulka specifikuje úroveň dBc ostruh vzhledem k požadovanému 1 × 1 tónu. Tabulka 2. Mixer Čelní schéma pro HMC773ALC3B n x LO 0 1 2 3 4 5 mx 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 S tímto grafem podnětů, spolu s rozšířením analýzy, která byla provedena v tabulce 1, můžeme vytvořit úplný obrázek o tom, jaké m × n tóny obrazu mohou rušit náš přijímač a při jaká úroveň. Tabulkový procesor lze vygenerovat s výstupem podobným tomu, který je znázorněn na obrázku 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; 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='Obrázek 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;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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; Obrázek 8. m × n obrázků pro přijímač 12 GHz až 16 GHz. Na obrázku 8 ukazuje modrá část požadovanou šířku pásma. Čáry ukazují různé m × n obrázky a jejich úrovně. Z tohoto grafu je snadné zjistit, jaké požadavky na filtrování jsou potřeba před mixérem, aby byly splněny požadavky na interferenci. V tomto případě existuje několik obrazových ostruh, které spadají do pásma a nelze je filtrovat. Nyní se podíváme na to, jak nám flexibilita architektury s vysokým IF umožňuje obejít některé z těchto podnětů, což je něco, co superheterodynní architektura neumožňuje. Vyhýbání se rušení v režimu přijímače Tabulka na obrázku 9 ukazuje podobný frekvenční plán, který se pohybuje od 8 GHz do 12 GHz, s výchozím IF na 5.1 GHz. Tento graf poskytuje jiný pohled na ostruhy směšovače a ukazuje středovou frekvenci vs. m × n frekvence obrazu, na rozdíl od úrovně ostruhy, jak bylo uvedeno výše. Tučná diagonální čára 1: 1 v této tabulce ukazuje požadovanou ostruhu 1 × 1. Další čáry v grafu představují m × n obrázků. Na levé straně tohoto obrázku je zobrazení bez flexibility při ladění IF. IF je v tomto případě pevně nastaven na 5.1 GHz. S ladicí frekvencí 10.2 GHz překračuje požadovaný signál obrazový signál 2 × 1. To znamená, že pokud jste naladěni na 10.2 GHz, je velká šance, že blízký signál by mohl zablokovat příjem požadovaného signálu. Správný graf ukazuje řešení tohoto problému s flexibilním laděním IF. V tomto případě se IF přepne z 5.1 GHz na 4.1 GHz v blízkosti 9.2 GHz. Tím se zabrání vzniku křížové ostruhy.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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='Obrázek 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;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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; Obrázek 9. m × n crossover spur bez IF flexibility (nahoře) a vyhýbající se crossoveru s IF tuningem (dole). Toto je jen jednoduchý příklad toho, jak se lze vyhnout blokování signálů pomocí architektury s vysokým IF. Ve spojení s inteligentními algoritmy pro určení interference a výpočet nových potenciálních frekvencí IF existuje mnoho možných způsobů, jak vytvořit přijímač, který se dokáže přizpůsobit jakémukoli spektrálnímu prostředí. Je to stejně jednoduché jako určení vhodného IF v daném rozsahu (typicky 3 GHz až 6 GHz), pak přepočítání a naprogramování LO na základě této frekvence. Plánování frekvence vysílače s architekturou vysokého mezifrekvenčního kmitočtu Stejně jako u plánování přijímacího kmitočtu je možné využít flexibilní povahu architektury vysokého mezifrekvenčního kmitočtu ke zlepšení rušivého výkonu vysílače. Zatímco na straně přijímače je obsah frekvence poněkud nepředvídatelný. Na straně přenosu je snazší předpovědět podvržení na výstupu vysílače. Tento obsah RF lze předpovědět pomocí následující rovnice: Kde je IF předdefinován a určen ladicí frekvencí AD9371, LO je určen požadovanou výstupní frekvencí. Podobný směšovací diagram, jaký byl proveden pro přijímací kanál, lze generovat na vysílací straně. Příklad je uveden na obrázku 10. V tomto grafu jsou největšími ostruhami obraz a frekvence LO, které lze po mixu odfiltrovat na požadované úrovně pásmovým filtrem. V systémech FDD, kde může rušivý výstup znecitlivit blízký přijímač, mohou být vnitropásmové ostruhy problematické a právě zde se může hodit flexibilita IF ladění. V příkladu z obrázku 10, pokud je použit statický IF 5.1 GHz, bude na výstupu vysílače existovat výhybka, která bude blízko 15.2 GHz. Nastavením IF na 4.3 GHz při ladicí frekvenci 14 GHz se lze vyhnout výhybkám. To je znázorněno na obrázku 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; 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='Obrázek 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;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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; Obrázek 10. Falešný výstup bez filtrování.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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='Obrázek 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;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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; Obrázek 11. Statické IF způsobí přechodovou ostruhu (nahoře), IF ladění, aby se zabránilo křížení ostruhy (dole). Příklad návrhu – širokopásmový systém FDD Abychom ukázali výkon, kterého lze dosáhnout s touto architekturou, byl sestaven prototyp systému FDD přijímače a vysílače s běžně dostupnými komponentami Analog Devices a nakonfigurován pro provoz v pásmu 12 GHz až 16 GHz v přijímacím pásmu. a provoz 8 GHz až 12 GHz ve vysílacím pásmu. Ke shromažďování údajů o výkonu byl použit IF 5.1 GHz. LO bylo nastaveno na rozsah 17.1 GHz až 21.1 GHz pro přijímací kanál a 13.1 GHz až 17.1 GHz pro vysílací kanál. Blokové schéma prototypu je na obrázku 12. V tomto diagramu je deska převodníku X a Ku zobrazena vlevo a vyhodnocovací karta AD9371 je zobrazena vpravo.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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='Obrázek 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;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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; Obrázek 12. Blokové schéma prototypového systému přijímače a vysílače FDD v pásmu X a Ku. Zisk, šumová data a data IIP3 byla shromážděna na přijímacím převodníku a je zobrazena na obrázku 13 (nahoře). Celkově byl zisk ~ 20 dB, NF ~ 6 dB a IIP3 ~ -2 dBm. Některé další vyrovnání zesílení lze provést pomocí ekvalizéru nebo lze provést kalibraci zesílení pomocí proměnného atenuátoru v 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; 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='Obrázek 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;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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; Obrázek 13. Data přijímače v pásmu Ku (nahoře), data v pásmu X (dole). Byl také změřen převodník upconverteru, který zaznamenal jeho zisk, 0 P1dB a OIP3. Tato data jsou vykreslena napříč frekvencí na obrázku 13 (dole). Zisk je ~ 27 dB, P1 dB ~ 22 dBm a OIP3 ~ 32 dBm. Když je tato deska spojena s integrovaným transceiverem, celkové specifikace pro příjem a vysílání jsou uvedeny v tabulce 3. Tabulka 3. Tabulka celkového výkonu systému Rx, 12 GHz až 16 GHz Tx, 8 GHz až 12 GHz Zisk 36 dB Výstupní výkon 23 dBm Šum Obrázek 6.8 dB Spodní hranice šumu –132 dBc/Hz IIP3 –3 dBm OIP3 31 dBm Pin, max (bez AGC ) –33 dBm OP1dB 22 dBm In-Band m × n –60 dBc In-Band Spurs –70 dBc Power 3.4 W Power 4.2 W Celkově je výkon přijímače v souladu se superheterodynovou architekturou, zatímco výkon je výrazně snížen . Ekvivalentní superheterodynový design by spotřeboval více než 5 W pro řetězec přijímače. Navíc byla prototypová deska vyrobena bez priority snížení velikosti. Při správné technice rozvržení desek plošných spojů a integraci AD9371 na stejnou desku plošných spojů, jako je downconverter, lze celkovou velikost řešení využívající tuto architekturu zkrátit na pouhých 4 až 6 čtverečních palců. To ukazuje významné úspory velikosti oproti ekvivalentnímu superheterodynovému řešení, které by se blížilo 8 až 10 čtverečních palců.

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv