如何为有源天线阵系统选择高效节能的窄带接收机

2016年06月17日 13:12
作者:RJ Hopper
** 这是Analog Wire RF取样博客系列的第10篇。 **

我在之前的博文中论述了无线电频率(RF)取样结构对宽带系统的优势,但有些系统的运行需要中等带宽,或有其它重点考虑的因素。有源天线阵使用多个专用于产生比单个元件更集中的辐射模式天线。这种集中的模式可将天线增益增加到预定目标或用户,并可同时对波束图型以外区域提供干扰抑制,从而无需过多信号带宽。

雷达阵列就是一种用于精确定位空间目标的有源天线系统。图1中所示的简单的3×3阵列系统能够导引两个维度的波束来追踪目标。


图 1:3×3雷达天线阵列

每个天线元件都需要有自己的接收机。较小的阵列可能使用八个元件;非常大的阵则会使用数以千计的元件。这些系统需要大量的接收机,因此每个接收机必须低成本且高功率;并且这些系统需要高动态范围的性能,从而在背景噪声和干扰中辨别目标。
TI设计的700-2700MHz双通道接收机和16位ADC及100MHz IF带宽参考设计(TIDA-00360),展示了TSW16DX370评价模块(EVM),该模块是适用于有源天线阵系统的超外差接收机。图2显示了框图。该参考设计使用TRF37B32双混合器将输入RF信号转换为中频(IF)。该混合器具有优异的增益、噪声系数和输入线性性能,可用于任何高端通信系统。TRF37B32的功率耗散水平在同类设备中最低。这在必须使用几十个到几百个接收机的系统中非常重要。

在正常运行中,设备消耗的功率是每通道大约1瓦(频率1950MHz)。电流消耗取决于本机振荡器(LO)的频率。如果您需要进一步减小功率,TRF37B32可提供将标称耗散降至每通道0.6瓦(1950MHz)的低功率模式。如果您只需要一个通道,还可以选择单独降低各个支线的功率,或降低两个通道的功率,进行时间划分双工(TDD)操作。

TSW16DX370EVM包括一个以250MHz为中心,100MHz的1dB带宽的IF带通滤波器。EVM 使用了ADC16DX370提供16位分辨率并以370MSPS运行的模拟数字转换器(ADC)。它具有在背景噪声中辨别小信号的高信噪比性能,并使用JESD204B标准对数字数据进行串行化。ADC16DX370仅使用两个通道将所有数据从两个转换器传输到一个集中式处理器。处理多个接收机时,TSW16DX370EVM的优势体现在对数字接口进行压缩有利于最大限度减少路由。


图 2:TSW16DX370接收机系统参考设计

集中的波束无法在需要时导引波束,便用途有限。使用联机相位调节电路更改各个元件的相对相位,可以导引波束。图3显示了基于变容二极管的模拟相位调节器电路。混合耦合器把输入和输出的回波损耗保持在合理水平。如果信号路径包括该电路,RF性能(尤其是互调失真)会由于变容二极管的非线性性能而降低。

另一种方法是在LO路径中放置相位调节器电路(如图4中所示),这样信号是一个单频正弦曲线,而不是已调信号。这样就能获得所需的相位调节,而不影响噪声及线性性能作为调节电压的功能。


图 3:相位调节电路


图 4:LO路径中有相位调节的超外差结构

所述的接收机能以低功率耗散保持高性能,并可轻松适应任何尺寸的天线阵。

欢迎大家查看“我”下个月将论述的用于捕获1-GHz带宽信号的接收机解决方案。

网友评论

ttyxi 2016年06月18日
谢谢