另外,与波形无关的系统有很多潜在好处,可以进行配置以使其在任何给定波形环境中发挥作用。在当今的一些军用系统中,航空器上需要三到五个不同的收发器系统以帮助不同系统相互通信。将这些系统合并成一个与波形无关且具有软件定义灵活性的系统,可以让尺寸缩小5倍。
低SWaP的设计挑战
来自低SWaP市场的需求不断增加,但还有许多挑战需要克服。举例来说,单单滤波这一项要求就会使此类系统的尺寸增加不少。随着频率范围提高到Ka波段,当下变频到1 GHz中频(IF)时,越来越难以实现同样的抑制性能。这就需要增加滤波器数量或增大滤波器尺寸。而且这些滤波器并不便宜,每个通常要花费200美元或更多。就此而言,较高中频会很有利,因为这样可以降低滤波器要求。
此外,在低SWaP市场中,网络的不同节点以网格方式通信,部分网络没有地面基础设施。由于没有一个中央位置来执行处理,因此各收发器必须能够处理收到的数据。传统卫星通信市场的天线与处理器之间是分离的,但在低SWaP市场,人们希望数字化处理和FPGA尽可能靠近天线。这种本地处理为此类网络应使用多少带宽设置了限制,因为要处理的带宽越宽,则所需的时钟速率和器件功耗越高。在传统固定安装的Ka波段网络中,可以使用高达1 GHz的瞬时带宽。在低SWaP市场中,100 MHz到200 MHz更符合实际。
为了解决这些接收机挑战,传统办法是采用超外差架构,其会将Ka波段下变频至L波段,在下变频到L波段之前可能还有一个中间级。这种方法需要使用大滤波器,器件数量多且功耗高,无法支持低SWaP要求。鉴于上述限制,典型超外差架构开始在此类应用中式微。
高中频架构
针对此类市场,更好且更合适的架构是高中频架构。这种架构利用了直接变频收发器相关技术的最新进展。在直接变频收发器中,输入RF能量直接变频到基带,并分割为I和Q两个单独的流。此类产品已将其频率范围提高到6 GHz,从而支持新的独特使用场景。过去,这些器件的性能满足不了要求超高性能的军用和商用系统的需要。但最新进展表明,利用这种技术可以满足高性能需求。
这些器件的一些最新进步包括:带宽更高、线性度更好、集成数字信号处理功能更多、校准更轻松。这些器件的典型带宽高达200 MHz,而且可以针对不需要高带宽的情况进行调整。在频谱拥挤的环境中,此类器件的高线性度还有助于提高性能。这会使灵敏度略有降低,但在这种环境中,此类折中是必要的。此外,集成DSP功能可降低系统中FPGA的负担,节省功耗,减少复杂性。这些器件集成的FIR滤波器可进一步帮助解决拥挤环境中常见的许多通道选择率问题。
此类器件的另一个进步是集成了连续时间Σ-Δ型ADC (CTSD)。抗混叠滤波是这类ADC的固有功能,因此不再需要SAW滤波器,这有助于降低此类系统的延迟。
在高中频架构中,Ka波段不是直接变频为基带,而是先转换到高中频,然后馈入直接变频接收机。由于此类转换器的频率范围得到提高,该中频可以放在5 GHz到6 GHz之间。中频频率从1GHz(当今的典型系统)提高到5 GHz,使得镜像频率范围比以前离得更远,故而前端滤波要求大大降低。前端滤波简化是缩小此类系统尺寸的一个因素。
采用AD9371的系统示例
图1显示了此类系统的一个例子。该系统由一个17 GHz到21 GHz的接收机通道和一个27 GHz到31 GHz的独立发射机通道组成。从接收机通道开始,输入RF能量先由Ka波段LNA放大,再进行滤波以让17 GHz到21 GHz信号通过混频器。混频器利用一个22 GHz到26 GHz范围的可调谐LO将17 GHz到21 GHz频段以100 MHz一段下变频至5 GHz IF。前端滤波器处理27 GHz到31 GHz范围中的镜像抑制、LO抑制和带外信号的一般抑制,防止来自m × n镜像的杂散信号通过混频器。此滤波器很可能需要定制,但由于对此滤波器的要求降低,所以其尺寸、重量和成本会比传统系统要低。
![](/member/kindeditor/attached/image/20171212/20171212081731_21579.png)