طراحی رادیویی باند کوچک X و Ku-Band

بسیاری از سیستم های الکترونیکی هوافضا و دفاعی در زمینه های ساتکام ، رادار و EW/SIGINT مدت هاست که نیاز به دسترسی به قسمتی یا همه باند فرکانسی X و Ku دارند. از آنجا که این برنامه ها به سکوهای قابل حمل تری مانند هواپیماهای بدون سرنشین (UAV) و رادیوهای دستی منتقل می شوند ، توسعه عوامل کوچک کوچک ، طرح های رادیویی با قدرت کم که در باند X و Ku کار می کنند ، بسیار ضروری است ، در حالی که هنوز سطوح بسیار بالایی از آنها حفظ می شود. کارایی. این مقاله یک معماری IF با فرکانس بالا را ترسیم می کند که اندازه، وزن، قدرت و هزینه گیرنده و فرستنده را بدون تأثیر بر مشخصات سیستم به شدت کاهش می دهد. پلت فرم به دست آمده نیز نسبت به طرح های رادیویی موجود، ماژولار، انعطاف پذیرتر و نرم افزاری تعریف شده است. مقدمه در سال‌های اخیر، فشار روزافزونی برای دستیابی به پهنای باند وسیع‌تر، عملکرد بالاتر و توان کمتر در سیستم‌های RF وجود داشته است، همه اینها در عین افزایش دامنه فرکانس و کاهش اندازه. این روند محرکی برای پیشرفت‌های فناوری بوده است که امکان ادغام بیشتر اجزای RF را نسبت به قبل فراهم کرده است. رانندگان زیادی هستند که این روند را پیش می برند. سیستم‌های Satcom برای پشتیبانی از انتقال و دریافت ترابایت داده‌های جمع‌آوری‌شده در روز، نرخ‌های داده مورد نظر را تا ۴ گیگابیت بر ثانیه مشاهده می‌کنند. این الزام سیستم ها را به فعالیت در باند Ku و Ka تشویق می کند ، زیرا پهنای باند وسیع تر و نرخ داده بالاتر در این فرکانس ها آسان تر به دست می آید. این تقاضا به معنی تراکم بیشتر کانال ها و پهنای باند بیشتر در هر کانال است. یکی دیگر از زمینه های مورد نیاز برای افزایش عملکرد ، EW و هوش سیگنال است. نرخ اسکن برای چنین سیستم هایی در حال افزایش است و نیاز به سیستم هایی که دارای PLL تنظیم سریع و پوشش پهنای باند وسیع هستند را افزایش می دهد. حرکت به سمت اندازه، وزن و قدرت کمتر (SWaP) و سیستم‌های یکپارچه‌تر از تمایل به کارکردن دستگاه‌های دستی در میدان، و همچنین افزایش تراکم کانال در سیستم‌های مکان ثابت بزرگ ناشی می‌شود. پیشرفت آرایه های مرحله ای نیز با ادغام بیشتر سیستم های RF در یک تراشه فعال می شود. همانطور که یکپارچگی فرستنده‌ها را کوچک‌تر و کوچک‌تر می‌کند، به هر عنصر آنتنی اجازه می‌دهد که فرستنده گیرنده خودش را بگیرد، که به نوبه خود پیشرفت از شکل‌دهی پرتو آنالوگ به شکل‌دهی پرتو دیجیتال را ممکن می‌سازد. ایجاد پرتو دیجیتالی امکان ردیابی چندین پرتو را در یک زمان از یک آرایه واحد فراهم می کند. سیستم های آرایه ای مرحله ای بیشمار کاربرد دارد ، چه برای رادار آب و هوا ، برنامه های EW یا ارتباطات هدایت شده باشد. در بسیاری از این برنامه ها ، حرکت به سمت فرکانس های بالاتر اجتناب ناپذیر است ، زیرا محیط سیگنال در فرکانس های پایین بیشتر شلوغ می شود. در این مقاله ، این چالش ها با استفاده از معماری بسیار یکپارچه مبتنی بر فرستنده گیرنده AD9371 به عنوان گیرنده و فرستنده IF برطرف شده است ، که باعث حذف یک مرحله کامل IF و اجزای مرتبط با آن می شود. شامل مقایسه ای بین سیستم های سنتی و این معماری پیشنهادی، و همچنین نمونه هایی از نحوه اجرای این معماری از طریق یک فرآیند طراحی معمولی است. به طور خاص ، استفاده از یک فرستنده گیرنده یکپارچه امکان برنامه ریزی فرکانس پیشرفته ای را فراهم می کند که در یک فرستنده گیرنده استاندارد سبک superheterodyne موجود نیست. مروری بر معماری Superheterodyne معماری superheterodyne به دلیل عملکرد بالایی که می توان به دست آورد سالها معماری انتخابی بوده است. معماری گیرنده سوپرهتروداین معمولاً شامل یک یا دو مرحله اختلاط است که به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) وارد می‌شود. یک معماری فرستنده گیرنده سوپرهتروداین معمولی را می توان در شکل 1 مشاهده کرد.       &آمپر آمپر؛ آمپر 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= "شکل 1" و "شکل 1" آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp شکل XNUMX. سوپر هترودین سنتی باند X و Ku زنجیره های سیگنال را دریافت و ارسال می کند. اولین مرحله تبدیل ، فرکانس های RF ورودی را به طیف خارج از باند تبدیل یا به پایین تبدیل می کند. فرکانس اولین IF (فرکانس میانی) به فرکانس و برنامه ریزی خار و همچنین عملکرد میکسر و فیلترهای موجود برای قسمت جلویی RF بستگی دارد. سپس اولین IF به فرکانس پایین تری ترجمه می شود که ADC می تواند دیجیتالی کند. اگرچه ADCها پیشرفت های چشمگیری در توانایی خود برای پردازش پهنای باند بالاتر داشته اند، اما حد بالای آنها امروز حدود 2 گیگاهرتز برای عملکرد بهینه است. در فرکانس های ورودی بالاتر ، عملکردهای متقابل در مقابل وجود دارد. فرکانس ورودی که باید در نظر گرفته شود، و همچنین این واقعیت که نرخ های ورودی بالاتر به نرخ کلاک بالاتری نیاز دارد، که باعث افزایش توان می شود. علاوه بر میکسرها ، فیلترها ، تقویت کننده ها و ضعیف کننده های گام وجود دارد. فیلترینگ برای رد سیگنال های ناخواسته خارج از باند (OOB) استفاده می شود. در صورت عدم کنترل ، این سیگنال ها می توانند جعلی ایجاد کنند که در بالای سیگنال مورد نظر قرار می گیرد و تغییر شکل را دشوار یا غیرممکن می کند. تقویت کننده ها میزان نویز و افزایش سیستم را تنظیم می کنند و حساسیت کافی را برای دریافت سیگنال های کوچک ایجاد می کنند ، در حالی که ADC را بیش از حد اشباع نمی کند. یکی دیگر از مواردی که باید به آن توجه داشت این است که این معماری اغلب به فیلترهای موج صوتی سطحی (SAW) نیاز دارد تا الزامات فیلترینگ سخت را برای antialiasing در ADC برآورده کند. با فیلترهای SAW برای برآورده کردن این الزامات، رول کردن تیز وجود دارد. با این حال، تاخیر قابل توجه و همچنین ریپل نیز معرفی شده است. نمونه ای از طرح فرکانس گیرنده superheterodyne برای باند X در شکل 2 نشان داده شده است. در این گیرنده دریافت بین 8 گیگاهرتز تا 12 گیگاهرتز با پهنای باند 200 مگاهرتز مورد نظر است. طیف مورد نظر با یک نوسان ساز محلی قابل تنظیم (LO) مخلوط می شود تا یک IF در 5.4 گیگاهرتز ایجاد کند. سپس IF 5.4 گیگاهرتز با یک LO 5 گیگاهرتز مخلوط می شود تا IF نهایی 400 مگاهرتز تولید شود. IF نهایی از 300 مگاهرتز تا 500 مگاهرتز است که محدوده فرکانسی است که بسیاری از ADCها می توانند عملکرد خوبی داشته باشند.       &آمپر آمپر؛ آمپر 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= "شکل 2" و "شکل 2" آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp شکل XNUMX. نمونه طرح فرکانس برای گیرنده باند X. مشخصات گیرنده - آنچه مهم است به غیر از بهره شناخته شده، رقم نویز، و مشخصات نقطه رهگیری مرتبه سوم، برخی از مشخصات معمولی که بر برنامه ریزی فرکانس برای هر معماری گیرنده تأثیر می گذارند عبارتند از رد تصویر، رد IF، کاذب تولید شده توسط خود و تابش LO. اسپورهای تصویر - RF خارج از محدوده مورد علاقه که با LO مخلوط می شود تا در IF لحن ایجاد کند. IF spurs - RF در فرکانس IF که به صورت مخفیانه از فیلتر قبل از میکسر عبور می کند و به عنوان یک آهنگ در IF نشان داده می شود. تابش LO - نشت RF از LO به کانکتور ورودی زنجیره گیرنده. تشعشعات LO ابزاری برای تشخیص می دهد، حتی زمانی که فقط در یک عملیات دریافتی هستند (شکل 3 را ببینید).       & amp؛ 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/fa/landing- pages/technical-articles/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure3.png?w=435 ' alt='شکل 3'& آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt; شکل 3. نشت تابش LO از قسمت جلویی جعلی خود ایجاد می شود - در IF باعث ایجاد ترکیبی از ساعت ها یا نوسان سازهای محلی در گیرنده می شود. مشخصات رد تصویر برای هر دو مرحله اختلاط اول و دوم اعمال می شود. در یک برنامه معمولی برای X و Ku-Band، اولین مرحله اختلاط ممکن است حول یک IF بالا در محدوده 5 گیگاهرتز تا 10 گیگاهرتز متمرکز شود. IF بالا در اینجا مطلوب است، به دلیل این واقعیت که تصویر در Ftune + 2 × IF قرار می گیرد، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. بنابراین هرچه IF بالاتر باشد ، دورتر دورتر می افتد. این نوار تصویر باید قبل از ضربه زدن به اولین میکسر رد شود، در غیر این صورت انرژی خارج از باند در این محدوده در اولین IF به صورت جعلی نشان داده می شود. این یکی از دلایل اصلی استفاده از دو مرحله اختلاط است. اگر یک مرحله اختلاط وجود داشته باشد ، با IF در صدها مگاهرتز ، رد فرکانس تصویر در قسمت جلوی گیرنده بسیار مشکل خواهد بود.       & amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp: آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ 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/fa/landing-pages/Technical-articles/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure4.png؟ w = 435 'alt =' شکل 4 '& amp؛ آمپر؛ آمپر آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ amp.amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 4. ترکیب تصاویر با IF هنگام تبدیل IF اول به IF دوم ، یک باند تصویر برای میکسر دوم نیز وجود دارد. از آنجا که فرکانس دوم IF کمتر است (از چند صد مگاهرتز تا 2 گیگاهرتز) ، نیازهای فیلترینگ اولین فیلتر IF ممکن است بسیار متفاوت باشد. برای یک برنامه معمولی که در آن IF دوم چند صد مگاهرتز است، فیلتر کردن با یک IF اول فرکانس بالا بسیار دشوار است و به فیلترهای سفارشی بزرگ نیاز دارد. به دلیل فرکانس بالا و الزامات رد معمولاً محدود، اغلب می‌تواند سخت‌ترین فیلتر در سیستم برای طراحی باشد. علاوه بر رد تصویر، سطوح توان LO که از میکسر به کانکتور ورودی دریافت می‌شوند باید به شدت فیلتر شوند. این اطمینان می دهد که کاربر به دلیل قدرت تابشی قابل تشخیص نیست. برای انجام این کار، LO باید به خوبی خارج از باند عبور RF قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که فیلتر کافی می تواند تحقق یابد. معرفی معماری IF High آخرین ارائه کننده گیرنده های گیرنده شامل AD9371 ، یک فرستنده گیرنده تبدیل مستقیم 300 مگاهرتز به 6 گیگاهرتز با دو کانال دریافت و دو کانال انتقال. پهنای باند دریافت و انتقال از 8 مگاهرتز تا 100 مگاهرتز قابل تنظیم است و می تواند برای عملکرد دوبلکس تقسیم فرکانس (FDD) یا تقسیم زمان دوبلکس (TDD) پیکربندی شود. این قطعه در یک بسته 12 میلی متر مربعی قرار دارد و در حالت TDD 2 وات برق ، یا در حالت FDD 3 وات مصرف می کند. با پیشرفت کالیبراسیون تصحیح خطای درجه (QEC) ، رد تصویر 75 دسی بل تا 80 دسی بل به دست می آید.       & amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp: آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ 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/fa/landing-pages/Technical-articles/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure5.png؟ w = 435 'alt =' شکل 5 '& amp؛ آمپر؛ آمپر آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ آمپ ؛ amp.amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 5. دیاگرام بلوک فرستنده گیرنده تبدیل مستقیم AD9371. پیشرفت عملکرد آی سی های فرستنده گیرنده یکپارچه امکان جدیدی را به وجود آورده است. AD9371 شامل میکسر دوم ، فیلتر و تقویت IF دوم ، و ضعف متغیر ADC ، و همچنین فیلتر دیجیتالی و تخریب زنجیره سیگنال است. در این معماری ، AD9371 که دارای محدوده تنظیم 300 مگاهرتز تا 6 گیگاهرتز است ، می تواند در فرکانسی بین 3 گیگاهرتز تا 6 گیگاهرتز تنظیم شود و اولین IF را مستقیماً دریافت کند (شکل 6 را ببینید). با افزایش 16 دسی بل ، NF 19 دسی بل و OIP3 40 دسی بل در 5.5 گیگاهرتز ، AD9371 به طور ایده آل به عنوان گیرنده IF مشخص می شود.       &آمپر آمپر؛ آمپر 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='شکل 6'& آمپر؛ آمپر آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 6. گیرنده باند X یا Ku با AD9371 به عنوان گیرنده IF. با استفاده از فرستنده گیرنده یکپارچه به عنوان گیرنده IF، دیگر نگرانی از تصویر از طریق میکسر دوم وجود ندارد، همانطور که در مورد گیرنده سوپرهتروداین وجود دارد. این می تواند فیلتر مورد نیاز در اولین نوار IF را تا حد زیادی کاهش دهد. با این حال، هنوز باید مقداری فیلتر وجود داشته باشد تا اثرات درجه دوم در فرستنده گیرنده را در نظر بگیرد. اولین نوار IF اکنون باید فیلتری را با دو برابر فرکانس IF اول ارائه دهد تا این اثرات را نفی کند - کاری بسیار ساده تر از فیلتر کردن تصویر دوم و دور دوم LO که می تواند به چند صد مگاهرتز نزدیک شود. این الزامات فیلترینگ را می توان به طور معمول با هزینه کم و کوچک از فیلترهای LTCC قفسه برطرف کرد. این طراحی همچنین انعطاف پذیری بالایی را در سیستم فراهم می کند و به راحتی می توان از آن برای کاربردهای مختلف استفاده مجدد کرد. یکی از راه های ارائه انعطاف پذیری ، انتخاب فرکانس IF است. یک قاعده کلی برای انتخاب IF این است که آن را در محدوده ای که 1 گیگاهرتز تا 2 گیگاهرتز بیشتر از پهنای باند طیف مورد نظر است ، از طریق فیلتر جلویی قرار دهید. به عنوان مثال، اگر طراح 4 گیگاهرتز پهنای باند طیف از 17 گیگاهرتز تا 21 گیگاهرتز را از طریق فیلتر جلویی بخواهد، IF را می توان در فرکانس 5 گیگاهرتز (1 گیگاهرتز بالاتر از پهنای باند مورد نظر 4 گیگاهرتز) قرار داد. این اجازه می دهد تا فیلترینگ قابل اجرا در قسمت جلویی باشد. اگر تنها 2 گیگاهرتز پهنای باند مورد نظر است، می توان از IF 3 گیگاهرتز استفاده کرد. علاوه بر این، به دلیل ماهیت نرم افزاری قابل تعریف AD9371، تغییر IF در حال پرواز برای برنامه های رادیویی شناختی آسان است، جایی که می توان از مسدود کردن سیگنال ها در هنگام شناسایی جلوگیری کرد. پهنای باند AD9371 به راحتی قابل تنظیم از 8 مگاهرتز تا 100 مگاهرتز به شما امکان می دهد از تداخل نزدیک سیگنال مورد نظر جلوگیری کنید. با سطح بالای یکپارچگی در معماری IF بالا ، ما به یک زنجیره سیگنال گیرنده ختم می شویم که حدود 50 درصد از فضای مورد نیاز برای یک سوپر هترودین معادل را اشغال می کند ، در حالی که مصرف برق را تا 30 درصد کاهش می دهد. علاوه بر این ، معماری IF بالا گیرنده ای انعطاف پذیرتر از معماری superheterodyne است. این معماری برای بازارهای کم SWaP که در آن اندازه کوچک بدون افت عملکرد مورد نظر است ، فعال می شود. برنامه ریزی فرکانس گیرنده با معماری High IF یکی از مزایای معماری IF بالا، توانایی تنظیم IF است. این می تواند به ویژه هنگام تلاش برای ایجاد یک برنامه فرکانسی که از هرگونه تداخل جلوگیری می کند ، مفید باشد. هنگامی که سیگنال دریافتی با LO در میکسر مخلوط می شود و یک m × n خار ایجاد می کند که در دل باند IF مطلوب نیست ، یک تداخل تداخل ایجاد می شود. میکسر سیگنالهای خروجی و خارها را با توجه به معادله m × RF ± n × LO تولید می کند ، جایی که m و n اعداد صحیح هستند. سیگنال دریافتی یک خار m × n ایجاد می کند که می تواند در باند IF بیفتد و در موارد خاص، صدای مورد نظر می تواند باعث ایجاد یک خار متقاطع در یک فرکانس خاص شود. به عنوان مثال ، اگر سیستمی را مشاهده کنیم که برای دریافت 12 گیگاهرتز تا 16 گیگاهرتز با IF در 5.1 گیگاهرتز طراحی شده است ، مانند شکل 7 ، فرکانس های m × n تصویری که باعث ایجاد خار در باند می شود را می توان با معادله زیر یافت. : &amp ؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ 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 =' شکل 7 '& amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp؛ amp آمپر؛ آمپر آمپر؛ آمپر ؛ amp؛ amp؛ gt؛ شکل 7. گیرنده 12 گیگاهرتز تا 16 گیگاهرتز و معمار IF معماری بالا. در این معادله ، RF فرکانس های RF در ورودی مخلوط کن است که باعث کاهش لحن در IF می شود. بیایید از یک مثال برای توضیح استفاده کنیم. اگر گیرنده روی 13 گیگاهرتز تنظیم شده باشد ، به این معنی است که فرکانس LO در 18.1 گیگاهرتز (5.1 گیگاهرتز + 13 گیگاهرتز) است. با وارد کردن این مقادیر به معادله قبلی و اجازه دادن به m و n از 0 تا 3، معادله زیر را برای RF بدست می آوریم: نتایج در جدول زیر است: جدول 1. M × N جعلی جدول برای 18.1 گیگاهرتز LO MN RFsum (گیگاهرتز) RFdif (گیگاهرتز) 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 در جدول، ردیف اول/ستون چهارم سیگنال 13 گیگاهرتزی مورد نظر را نشان می دهد که نتیجه محصول 1 × 1 در میکسر است. ستون پنجم/ردیف چهارم و ستون هشتم/ردیف سوم فرکانس های باند بالقوه مشکل ساز را نشان می دهد که می تواند به صورت خار در باند ظاهر شود. به عنوان مثال ، یک سیگنال 15.55 گیگاهرتز در محدوده دلخواه 12 گیگاهرتز تا 16 گیگاهرتز است. تونی با فرکانس 15.55 گیگاهرتز در ورودی با LO مخلوط می‌شود تا آهنگی با فرکانس 5.1 گیگاهرتز ایجاد کند (18.1 × 2-15.55 × 2 = 5.1 گیگاهرتز). ردیف های دیگر (2 ، 3 ، 4 ، 6 ، 7 و 9) نیز می توانند مشکلی ایجاد کنند ، اما به دلیل خارج از محدوده بودن ، می توانند توسط فیلتر باند گذر ورودی فیلتر شوند. سطح خار به عوامل مختلفی بستگی دارد. عامل اصلی عملکرد میکسر است. از آنجایی که یک میکسر ذاتاً یک دستگاه غیر خطی است، هارمونیک های زیادی در داخل قطعه ایجاد می شود. بسته به میزان مطابقت دیودهای داخل میکسر و میزان بهینه سازی مخلوط کن برای عملکرد جعلی ، سطوح خروجی تعیین می شود. نمودار خار مخلوط کن معمولاً در برگه داده گنجانده شده است و می تواند به تعیین این سطوح کمک کند. نمونه ای از نمودار ترشح مخلوط کن در جدول 2 ، برای HMC773ALC3B نشان داده شده است. نمودار سطح dBc اسپرزها را نسبت به تن 1×1 مورد نظر مشخص می کند. جدول 2. نمودار میکسر خار برای HMC773ALC3B N × LO 0 1 2 3 4 5 متر * 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 1 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX با این نمودار خار، همراه با بسط تجزیه و تحلیلی که در جدول XNUMX انجام شده است، می توانیم تصویر کاملی از این که m × n تن تصویر ممکن است با گیرنده ما تداخل داشته باشد ایجاد کنیم. چه سطحی یک صفحه گسترده را می توان با خروجی مشابه آنچه در شکل 8 نشان داده شده است تولید کرد.       &آمپر آمپر؛ آمپر 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='شکل 8'& آمپر؛ آمپر آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 8. m × n تصویر برای گیرنده 12 گیگاهرتز تا 16 گیگاهرتز. در شکل 8 ، قسمت آبی پهنای باند مورد نظر را نشان می دهد. خطوط m × n تصویر مختلف و سطوح آنها را نشان می دهد. از این نمودار ، به راحتی می توان فهمید که قبل از مخلوط کن برای برآوردن الزامات تداخل ، چه فیلترینگ مورد نیاز است. در این حالت ، چندین خار تصویر وجود دارد که در نوار قرار می گیرند و نمی توانند فیلتر شوند. اکنون بررسی خواهیم کرد که چگونه انعطاف‌پذیری معماری IF بالا به ما اجازه می‌دهد تا برخی از این خارها را دور بزنیم، چیزی که معماری ابرهتروداینی آن را نمی‌پذیرد. اجتناب از مداخله کنندگان در حالت گیرنده نمودار در شکل 9 یک طرح فرکانس مشابه را نشان می دهد که از 8 تا 12 گیگاهرتز متغیر است ، با IF پیش فرض در 5.1 گیگاهرتز. این نمودار نمای متفاوتی از خارهای میکسر ارائه می دهد و فرکانس تنظیم مرکزی را در مقابل نشان می دهد. m × n فرکانس تصویر ، برخلاف سطح ترشح که قبلاً نشان داده شده است. خط مورب پررنگ 1:1 در این نمودار، خار 1 × 1 مورد نظر را نشان می دهد. خطوط دیگر روی نمودار نشان دهنده m × n تصویر هستند. در سمت چپ این تصویر نمایشی بدون انعطاف پذیری در تنظیم IF قرار دارد. IF در این مورد روی 5.1 گیگاهرتز ثابت است. با فرکانس تنظیم 10.2 گیگاهرتز ، یک محرک تصویر 2 × 1 از سیگنال مورد نظر عبور می کند. این بدان معناست که اگر با 10.2 گیگاهرتز تنظیم شده باشید ، احتمال خوبی وجود دارد که یک سیگنال نزدیک بتواند دریافت سیگنال مورد نظر را مسدود کند. نمودار مناسب راه حلی برای این مشکل با تنظیم انعطاف پذیر IF نشان می دهد. در این حالت، IF از 5.1 گیگاهرتز به 4.1 گیگاهرتز نزدیک به 9.2 گیگاهرتز سوئیچ می کند. این از بروز خار متقاطع جلوگیری می کند.       &آمپر آمپر؛ آمپر 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='شکل 9'& آمپر؛ آمپر آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 9. m × n خار متقاطع بدون انعطاف پذیری IF (بالا) و اجتناب از متقاطع با تنظیم IF (پایین). این فقط یک مثال ساده از نحوه جلوگیری از مسدود کردن سیگنال ها با معماری IF بالا است. هنگامی که با الگوریتم های هوشمند برای تعیین تداخل و محاسبه فرکانس های جدید احتمالی IF همراه می شود ، راه های زیادی برای ایجاد گیرنده وجود دارد که می تواند با هر محیط طیفی سازگار شود. به سادگی تعیین یک IF مناسب در یک محدوده معین (معمولاً 3 گیگاهرتز تا 6 گیگاهرتز)، سپس محاسبه مجدد و برنامه ریزی LO بر اساس آن فرکانس است. برنامه ریزی فرکانس فرستنده با معماری IF بالا همانند برنامه ریزی فرکانس دریافت، می توان از ماهیت انعطاف پذیر معماری IF بالا برای بهبود عملکرد کاذب فرستنده بهره برد. در حالی که در طرف گیرنده ، محتوای فرکانس تا حدودی غیرقابل پیش بینی است. در سمت فرستنده ، پیش بینی جعلی در خروجی فرستنده آسان تر است. این محتوی RF را می توان با معادله زیر پیش بینی کرد: جایی که IF از پیش تعیین شده و با فرکانس تنظیم AD9371 تعیین می شود ، LO با فرکانس خروجی مورد نظر تعیین می شود. نمودار میکسر مشابهی که برای کانال گیرنده انجام شد می تواند در سمت انتقال ایجاد شود. یک مثال در شکل 10 نشان داده شده است. در این نمودار، بزرگترین اسپارها تصویر و فرکانس های LO هستند که می توان آنها را با فیلتر باند پس از میکسر تا سطوح دلخواه فیلتر کرد. در سیستم های FDD که خروجی جعلی ممکن است گیرنده نزدیک را حساس نکند ، خارهای درون باند می توانند مشکل ساز باشند و اینجاست که انعطاف پذیری تنظیم IF می تواند مفید باشد. در مثال شکل 10، اگر از یک IF ساکن 5.1 گیگاهرتز استفاده شود، یک خار متقاطع در خروجی فرستنده وجود خواهد داشت که نزدیک به 15.2 گیگاهرتز خواهد بود. با تنظیم IF روی 4.3 گیگاهرتز در فرکانس تنظیم 14 گیگاهرتز، می توان از خار متقاطع جلوگیری کرد. این در شکل 11 نشان داده شده است.       &آمپر آمپر؛ آمپر 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='شکل 10'& آمپر؛ آمپر آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 10. خروجی جعلی بدون فیلتر       &آمپر آمپر؛ آمپر 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='شکل 11'& آمپر؛ آمپر آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 11. IF استاتیک باعث ایجاد تقاطع متقاطع (بالا) ، تنظیم IF برای جلوگیری از تلاقی متقاطع (پایین) می شود. مثال طراحی – سیستم FDD پهنای باند برای نشان دادن عملکردی که می‌توان با این معماری به دست آورد، یک گیرنده و فرستنده اولیه سیستم FDD با اجزای دستگاه‌های آنالوگ خارج از قفسه ساخته شد و برای عملکرد ۱۲ گیگاهرتز تا ۱۶ گیگاهرتز در باند دریافت پیکربندی شد. و عملکرد 12 گیگاهرتز تا 16 گیگاهرتز در باند انتقال. برای جمع آوری داده های عملکرد از IF 5.1 گیگاهرتز استفاده شد. LO روی محدوده 17.1 گیگاهرتز تا 21.1 گیگاهرتز برای کانال دریافت و 13.1 گیگاهرتز تا 17.1 گیگاهرتز برای کانال ارسال تنظیم شده بود. بلوک دیاگرام برای نمونه اولیه در شکل 12 نشان داده شده است. در این نمودار ، صفحه مبدل X و Ku در سمت چپ و کارت ارزیابی AD9371 در سمت راست نشان داده شده است.       &آمپر آمپر؛ آمپر 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='شکل 12'& آمپر؛ آمپر آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 12. بلوک دیاگرام برای سیستم نمونه اولیه گیرنده و فرستنده FDD باند X و Ku. داده های سود ، شکل نویز و IIP3 در مبدل پایین دریافت کننده جمع آوری شده است و در شکل 13 (بالا) نشان داده شده است. به طور کلی سود 20 دسی بل ، NF 6 دسی بل و IIP3 2 تا XNUMX دسی بل بود. با استفاده از یک اکولایزر می توان مقداری تسطیح بهره اضافی را انجام داد یا می توان با استفاده از تضعیف کننده متغیر در AD9371 کالیبراسیون بهره را انجام داد.       &آمپر آمپر؛ آمپر 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='شکل 13'& آمپر؛ آمپر آمپر؛ آمپر amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp شکل 13. داده های گیرنده باند Ku (بالا) ، داده های فرستنده باند X (پایین). مبدل فرستنده نیز اندازه گیری شد و بهره آن، 0 P1dB و OIP3 را ثبت کرد. این داده ها در فرکانس شکل 13 (پایین) ترسیم شده است. سود 27 دسی بل ، P1 دسی بل ~ 22 دسی بل و OIP3 ~ 32 دسی بل است. هنگامی که این برد با گیرنده گیرنده یکپارچه می شود ، مشخصات کلی دریافت و ارسال در جدول 3 نشان داده شده است. جدول 3. جدول عملکرد کلی سیستم Rx ، 12 گیگاهرتز تا 16 گیگاهرتز Tx ، 8 گیگاهرتز تا 12 گیگاهرتز افزایش 36 دسی بل قدرت خروجی 23 دسی بل نویز شکل 6.8 دسی بل نویز –132 دسی بل/هرتز IIP3 –3 دسی بل OIP3 31 دسی بل پین ، حداکثر (بدون AGC ) –33 dBm OP1dB 22 dBm In-band m × n –60 dBc In-Band Spurs –70 دسی بل قدرت 3.4 وات 4.2 وات به طور کلی ، عملکرد گیرنده مطابق معماری superheterodyne است ، در حالی که قدرت بسیار کاهش می یابد به یک طرح superheterodyne معادل برای زنجیره گیرنده بیش از 5 وات مصرف می کند. علاوه بر این ، نمونه اولیه تخته بدون اولویت برای کاهش اندازه ساخته شده است. با استفاده از تکنیک های مناسب چیدمان مدار چاپی ، و همچنین ادغام AD9371 بر روی همان PCB به عنوان مبدل پایین ، اندازه کلی یک محلول با استفاده از این معماری می تواند تنها به 4 تا 6 اینچ مربع متراکم شود. این نشان دهنده صرفه جویی قابل توجهی در اندازه نسبت به محلول سوپرهترودین معادل است که نزدیک به 8 تا 10 اینچ مربع است.

ترک یک پیام 

فهرست پیام