עיצוב רדיו X-and Ku-Band Small Form Factor

מערכות תעופה וחלל רבות ואלקטרוניקה ביטחונית בתחומי ה-satcom, הרדאר וה-EW/SIGINT דורשות זה מכבר גישה לחלק, או לכל, רצועות התדר X ו-Ku. ככל שיישומים אלו עוברים לפלטפורמות ניידות יותר כגון כלי טיס בלתי מאוישים (מל"טים) ומכשירי רדיו כף יד, חיוני לפתח תכניות רדיו מסוג קטן, הספק נמוך, הפועלות ברצועות X ו- Ku, תוך שמירה על רמות גבוהות מאוד של ביצועים. מאמר זה מתאר ארכיטקטורת IF חדשה בתדירות גבוהה המפחיתה באופן דרסטי את הגודל, המשקל, העוצמה והעלות הן של המקלט והמשדר מבלי להשפיע על מפרטי המערכת. הפלטפורמה המתקבלת היא גם מודולרית, גמישה ומוגדרת תוכנה יותר מתכנוני רדיו קיימים. מבוא בשנים האחרונות נרשמה דחיפה הולכת וגוברת להשיג רוחבי פס רחבים יותר, ביצועים גבוהים יותר והספק נמוך יותר במערכות RF, כל זאת תוך הגדלת טווח התדרים והקטנת הגודל. מגמה זו הייתה מניע לשיפורים טכנולוגיים, שאפשרו שילוב גדול יותר של רכיבי RF ממה שנראה בעבר. יש הרבה נהגים שדוחפים את המגמה הזו. מערכות Satcom רואות קצבי נתונים רצויים של עד 4 Gbps לתמיכה בהעברה וקבלה של טרה -בתים של נתונים שנאספו ביום. דרישה זו דוחפת את המערכות לפעול ברצועת ה- Ku- ו-Ka בשל העובדה שקל יותר להשיג רוחב פס רחב יותר ושיעורי נתונים גבוהים יותר בתדרים אלה. דרישה זו פירושה צפיפות גבוהה יותר של ערוצים ורוחב פס רחב יותר לכל ערוץ. תחום נוסף של הגדלת דרישות הביצועים הוא ב-EW ומודיעין אותות. שיעורי הסריקה של מערכות כאלה גדלים, מה שמניע את הצורך במערכות בעלות PLL כוונון מהיר וכיסוי רוחב פס רחב. הכונן לעבר גודל, משקל ועוצמה נמוכים יותר (SWaP) ומערכות משולבות יותר נובע מהרצון להפעיל התקני כף יד בשטח, כמו גם להגדיל את צפיפות הערוצים במערכות מיקום קבועות גדולות. הקידום של מערכים מדורגים מתאפשר גם על ידי שילוב נוסף של מערכות RF בשבב בודד. ככל שהאינטגרציה דוחפת מקלטים קטנים יותר ויותר, היא מאפשרת לכל אלמנט אנטנה מקלט משלה משלה, אשר בתורו מאפשר את ההתקדמות מעיצוב קרן אנלוגי לעיצוב קרן דיגיטלי. מבנה דיגיטלי מספק את היכולת לעקוב אחר קורות מרובות בו זמנית ממערך יחיד. למערכות מערך שלבים יש מספר עצום של יישומים, בין אם זה עבור מכ"ם מזג אוויר, יישומי EW או תקשורת מכוונת. ברבים מיישומים אלה, הכונן לתדרים גבוהים יותר הוא בלתי נמנע, מכיוון שסביבת האותות בתדרים נמוכים הופכת פקוקה יותר. במאמר זה מטפלים באתגרים אלה באמצעות ארכיטקטורה משולבת ביותר המבוססת על מקלט המשדר AD9371 כמקלט IF ומשדר, המאפשרת הסרה של שלב IF שלם והרכיבים הנלווים אליו. כלולה השוואה בין מערכות מסורתיות לארכיטקטורה המוצעת הזו, כמו גם דוגמאות כיצד ניתן ליישם ארכיטקטורה זו באמצעות תהליך עיצוב אופייני. באופן ספציפי, השימוש במקלט משדר משולב מאפשר תכנון תדרים מתקדם שאינו זמין במקלט משדר סטנדרטי בסגנון superheterodyne. סקירה כללית של ארכיטקטורת Superheterodyne ארכיטקטורת Superheterodyne היא הארכיטקטורה המועדפת במשך שנים רבות בשל הביצועים הגבוהים שניתן להשיג. ארכיטקטורת מקלט superheterodyne מורכבת בדרך כלל משלב ערבוב אחד או שניים, המוזנים לממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC). ניתן לראות בתרשים 1 ארכיטקטורה טיפוסית של משדרים סופר -הטרודיונים.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; 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 = 'איור 1' & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; אמפ amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; איור 1. סופרהטרודין מסורתיות מ-X ו-Ku קולטות ומשדרות שרשראות אותות. שלב ההמרה הראשון ממיר או ממיר את תדרי RF הקלט לספקטרום מחוץ לרצועה. התדירות של ה-IF הראשון (תדר ביניים) תלויה בתכנון התדר והדורבן, כמו גם בביצועי המיקסר ובמסננים הזמינים עבור הקצה הקדמי של RF. ה- IF הראשון מתורגם לאחר מכן לתדר נמוך יותר שה- ADC יכול לבצע דיגיטציה. למרות ש-ADC עשו התקדמות מרשימה ביכולת שלהם לעבד רוחבי פס גבוהים יותר, הגבול העליון שלהם כיום הוא סביב 2 GHz לביצועים אופטימליים. בתדרי כניסה גבוהים יותר, יש פשרות בביצועים לעומת. תדר הכניסה שיש לקחת בחשבון, כמו גם את העובדה ששיעורי כניסה גבוהים יותר דורשים קצבי שעון גבוהים יותר, מה שמעלה את הכוח. בנוסף למיקסרים, ישנם מסננים, מגברים, ומנחת מדרגות. הסינון משמש לדחיית אותות לא רצויים מחוץ לפס (OOB). אם לא מסומנים, אותות אלה יכולים ליצור זיוף הנופל על גבי אות רצוי, מה שמקשה או בלתי אפשרי לבצע פירוק. המגברים מגדירים את נתון הרעש וההגבר של המערכת, ומספקים רגישות נאותה לקליטת אותות קטנים, תוך שהם לא מספקים כל כך הרבה עד שה-ADC ירווה יתר על המידה. דבר נוסף שיש לשים לב אליו הוא שארכיטקטורה זו דורשת לעתים קרובות מסנני גל אקוסטיים משטחים (SAW) כדי לעמוד בדרישות סינון קשוחות ל-anti-aliasing ב-ADC. עם מסנני SAW מגיעה גלגול חד כדי לעמוד בדרישות הללו. עם זאת מוצגים גם עיכוב משמעותי כמו אדוות. דוגמה לתוכנית תדרים של מקלט סופרהטרודין עבור X-band מוצגת באיור 2. במקלט זה, רצוי לקבל בין 8 ל -12 גיגה -הרץ עם רוחב פס של 200 מגה -הרץ. הספקטרום הרצוי מתערבב עם מתנד מקומי מתכוונן (LO) ליצירת IF במהירות של 5.4 GHz. ה- 5.4 GHz IF מתערבב אז עם LO של 5 GHz כדי לייצר את ה- 400 MHz הסופי. ה-IF הסופי נע בין 300 מגה-הרץ ל-500 מגה-הרץ, שהוא טווח תדרים שבו ADCs רבים יכולים לבצע ביצועים טובים.       & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; 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 = 'איור 2' & amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; אמפ amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; איור 2. תוכנית תדרים לדוגמא עבור מקלט פס X. מפרטי מקלט - מה שחשוב מלבד הרווח הידוע, נתון הרעש ומפרטי נקודות היירוט מהסדר השלישי, כמה מפרטים טיפוסיים המשפיעים על תכנון התדרים עבור כל ארכיטקטורת מקלט כוללים דחיית תמונה, דחיית IF, מזויף שנוצר בעצמו וקרינת LO. דורבנות תמונה - RF מחוץ לרצועת העניין שמתערבבת עם LO כדי ליצור טון ב-IF. IF spurs - RF בתדר IF שמתגנב דרך הסינון לפני המיקסר ומופיע כטון ב-IF. קרינת LO - RF מה-LO דולף החוצה למחבר הקלט של שרשרת המקלט. קרינת LO נותנת אמצעי לגילוי, גם כאשר בפעולת קליטה בלבד (ראה איור 3).       & 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/figure3.png?w=435 ' alt='איור 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;gt; איור 3. קרינת LO דולפת לאחור דרך הקצה הקדמי. מזויף שנוצר בעצמו - דרבן ב-IF הנובע מערבוב של שעונים או מתנדים מקומיים בתוך המקלט. מפרטי דחיית תמונה חלים הן על שלב הערבוב הראשון והשני. ביישום אופייני ל- X ו- Ku-Band, שלב הערבוב הראשון עשוי להתרכז סביב IF גבוה בטווח של 5 GHz עד 10 GHz. IF גבוה רצוי כאן, בשל העובדה שהתמונה נופלת ב- Ftune + 2 × IF, כפי שמוצג באיור 4. אז ככל שה-IF גבוה יותר, פס התמונה תיפול רחוק יותר. יש לדחות את רצועת התמונות הזו לפני פגיעה במיקסר הראשון, אחרת מחוץ לאנרגיית הלהקה בטווח זה תופיע כמזויפת ב- IF הראשון. זו אחת הסיבות העיקריות לכך שבדרך כלל משתמשים בשני שלבי ערבוב. אם היה שלב ערבוב יחיד, כאשר ה- IF הוא במאות מגה -הרץ, יהיה קשה מאוד לדחות את תדירות התמונה בקצה הקדמי של המקלט.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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/ -/מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure4.png? w = 435 'alt =' איור 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; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; 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; איור 4. תמונות מתערבבות ב- IF. פס תמונה קיים גם עבור המיקסר השני בעת המרת ה-IF הראשון למטה ל-IF השני. מכיוון שה- IF השני נמוך יותר בתדירות (בין כמה מאות מגה -הרץ עד 2 גיגה -הרץ), דרישות הסינון של מסנן IF הראשון עשויות להשתנות לא מעט. עבור יישום טיפוסי שבו ה-IF השני הוא כמה מאות מגה-הרץ, הסינון יכול להיות קשה מאוד עם IF ראשון בתדר גבוה, הדורש מסננים מותאמים אישית גדולים. לעתים קרובות זה יכול להיות המסנן הקשה ביותר במערכת לעיצוב, בשל התדירות הגבוהה ודרישות הדחייה הצרות בדרך כלל. בנוסף לדחיית התמונה, יש לסנן בצורה אגרסיבית את רמות הספק LO החוזרות מהמיקסר למחבר קלט הקבלה. זה מבטיח שלא ניתן לזהות את המשתמש בגלל הספק המוקרן. כדי להשיג זאת, יש למקם את ה- LO מחוץ לרצועת ה- RF לעבור על מנת להבטיח שניתן לממש סינון הולם. היכרות עם ארכיטקטורת ה-IF High ההיצע האחרון של מקלטי משדר משולבים כולל את AD9371, מקלט משדר המרה ישיר של 300 מגה-הרץ עד 6 גיגה-הרץ עם שני ערוצי קליטה ושני ערוצי שידור. רוחב הפס של הקבלה והשידור ניתן לכוונון מ-8 מגה-הרץ עד 100 מגה-הרץ, וניתן להגדיר אותו עבור פעולת חלוקת תדרים דופלקס (FDD) או פעולת חלוקת זמן דופלקס (TDD). החלק נמצא באריזה של 12 מ"מ וצורך כוח של ~2 וואט במצב TDD, או ~3 וואט במצב FDD. עם התקדמות כיולי תיקון שגיאות ריבוע (QEC), מושגת דחיית תמונה של 75 dB עד 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/ -/מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure5.png? w = 435 'alt =' איור 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; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; amp; 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; איור 5. דיאגרמת בלוק משדר ממיר ישיר AD9371. התקדמות הביצועים של ה- IC המשולבים המשולבים פתחה אפשרות חדשה. ה-AD9371 משלב את המיקסר השני, סינון והגברה IF שניים, ו-ADC הנחתה משתנה, כמו גם סינון דיגיטלי והפחתת שרשרת האותות. בארכיטקטורה זו, ה-AD9371, בעל טווח כוונון של 300 מגה-הרץ עד 6 גיגה-הרץ, יכול להיות מכוון לתדר שבין 3 גיגה-הרץ ל-6 גיגה-הרץ ולקבל את ה-IF הראשון ישירות (ראה איור 6). עם רווח של 16 dB, NF של 19 dB ו- OIP3 של 40 dBm ב -5.5 GHz, ה- AD9371 מצוין באופן אידיאלי כמקלט 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; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure6.png? w = 435 'alt =' איור 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;gt; איור 6. משדר X או להקת Ku עם AD9371 כמקלט IF. עם השימוש במקלט המשדר המשולב כמקלט IF, אין עוד חשש לתמונה דרך המיקסר השני, כפי שקורה במקלט הסופרהטרודין. זה יכול להפחית מאוד את הסינון הנדרש ברצועת ה-IF הראשונה. עם זאת, עדיין חייב להיות סינון מסויים כדי לקחת בחשבון אפקטים מסדר שני במקלט המשדר. רצועת ה- IF הראשונה אמורה כעת לספק סינון פי שניים מתדר ה- IF הראשון כדי לשלול את ההשפעות האלה - משימה הרבה יותר קלה מאשר סינון התמונה השנייה וה- LO השני משם, שיכול להיות קרוב למספר מאות מגה -הרץ. בדרך כלל ניתן לטפל בדרישות הסינון הללו בעלות נמוכה, מסנני LTCC קטנים מהמדף. עיצוב זה מספק גם רמה גבוהה של גמישות במערכת וניתן לשימוש חוזר בקלות ליישומים שונים. אחת הדרכים שבהן ניתן גמישות היא בחירת תדר IF. כלל אצבע כללי לבחירת IF הוא לשים אותו בטווח הגבוה ב-1 GHz עד 2 GHz מרוחב הפס הרצוי של הספקטרום דרך הסינון הקדמי. לדוגמה, אם המעצב רוצה 4 גיגה-הרץ של רוחב פס של ספקטרום מ-17 גיגה-הרץ עד 21 גיגה-הרץ דרך מסנן הקצה הקדמי, ניתן למקם את ה-IF בתדר של 5 גיגה-הרץ (1 גיגה-הרץ מעל רוחב הפס הרצוי של 4 גיגה-הרץ). זה מאפשר סינון בר מימוש בקצה הקדמי. אם אתה רוצה רק רוחב פס של 2 GHz, ניתן להשתמש ב- IF של 3 GHz. יתר על כן, בשל אופי ההגדרה של התוכנה של ה- AD9371, קל לשנות את ה- IF באופן מיידי ליישומי רדיו קוגניטיביים, בהם ניתן להימנע מחסימת אותות כאשר הם מזוהים. רוחב הפס המתכוונן בקלות של AD9371 מ -8 מגה -הרץ ל -100 מגהרץ מאפשר עוד הימנעות מהפרעות ליד אות העניין. עם רמת האינטגרציה הגבוהה בארכיטקטורת ה-IF הגבוהה, אנו מגיעים לשרשרת אות מקלט שתופסת כ-50% מהשטח הנדרש לסופרהטרודין שווה ערך, תוך הפחתת צריכת החשמל ב-30%. בנוסף, ארכיטקטורת ה-IF הגבוהה היא מקלט גמיש יותר מארכיטקטורת הסופרהטרודין. ארכיטקטורה זו מאפשרת לשווקי SWaP נמוכים שבהם רצוי גודל קטן ללא אובדן ביצועים. תכנון תדרים של מקלט עם ארכיטקטורת High IF אחד היתרונות של ארכיטקטורת IF גבוהה הוא היכולת לכוון את ה- IF. זה יכול להיות יתרון במיוחד כאשר מנסים ליצור תוכנית תדרים המונעת כל דורבן מפריע. דורבן מפריע יכול להיווצר כאשר האות המתקבל מתערבב עם ה-LO במיקסר ויוצר דורבן m × n שאינו הטון הרצוי בתוך פס ה-IF. המערבל יוצר אותות פלט ודרבנים על פי המשוואה m × RF ± n × LO, כאשר m ו- n הם מספרים שלמים. האות המתקבל יוצר דורבן m × n שיכול ליפול בפס ה-IF ובמקרים מסוימים, הטון הרצוי יכול לגרום לדורבן מוצלב בתדר מסוים. לדוגמה, אם נצפה במערכת שתוכננה לקבל 12 גיגה-הרץ עד 16 גיגה-הרץ עם IF ב-5.1 גיגה-הרץ, כמו באיור 7, ניתן למצוא את תדרי התמונה m × n שגורמים לדורבן להופיע בפס באמצעות המשוואה הבאה : &amp ;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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 =' איור 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;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; איור 7. מקלט 12 GHz עד 16 GHz ומשדר ארכיטקטורת IF גבוהה. במשוואה זו, RF הוא תדרי ה-RF בכניסת המיקסר, אשר גורמים לצליל ליפול ב-IF. הבה נשתמש בדוגמה להמחשה. אם המקלט מכוון ל- 13 GHz, המשמעות היא שתדר ה- LO הוא 18.1 GHz (5.1 GHz + 13 GHz). אם מחברים ערכים אלה למשוואה הקודמת ומאפשרים ל- m ו- n לנוע בין 0 ל -3, נקבל את המשוואה הבאה עבור RF: התוצאות נמצאות בטבלה הבאה: טבלה 1. M × N שולחן מפחיד עבור 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 בטבלה, השורה הראשונה/העמודה הרביעית מציגה את האות הרצוי של 13 GHz, שהוא תוצאה של מוצר 1 × 1 במיקסר. הטור החמישי/השורה הרביעית והעמודה השמינית/השורה השלישית מציגים תדרים שעלולים להיות בעייתיים בתוך הלהקה שיכולים להופיע כדרבנים בלהקה. לדוגמה, אות 15.55 GHz נמצא בטווח הרצוי של 12 GHz עד 16 GHz. צליל ב-15.55 גיגה-הרץ בכניסה מתערבב עם ה-LO, כדי ליצור צליל של 5.1 גיגה-הרץ (18.1 × 2–15.55 × 2 = 5.1 גיגה-הרץ). השורות האחרות (2, 3, 4, 6, 7, ו -9) יכולות גם הן להוות בעיה אך בשל היותן מחוץ להקה, ניתן לסנן אותן על ידי מסנן פס-הכניסה לקלט. רמת הדורבן תלויה במספר גורמים. הגורם העיקרי הוא הביצועים של המיקסר. מכיוון שמיקסר הוא מטבעו מכשיר לא לינארי, קיימות הרמוניות רבות שנוצרות בתוך החלק. בהתאם למידת התאמת הדיודות בתוך המיקסר ועד כמה המיקסר מותאם לביצועים מזויפים, הרמות על הפלט ייקבעו. תרשים דורבן מיקסר כלול בדרך כלל בגיליון הנתונים ויכול לעזור בקביעת רמות אלו. דוגמה לתרשים של דורבן מיקסר מוצגת בטבלה 2, עבור HMC773ALC3B. התרשים מציין את רמת ה-dBc של הדורבנים ביחס לטון הרצוי של 1 × 1. הטבלה 2. תרשים מיקסר מיקסר עבור 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 בעזרת תרשים דורבן זה, יחד עם הרחבה של הניתוח שנעשה בטבלה 1, אנו יכולים ליצור תמונה מלאה של מה צלילי התמונה m × n עלולים להפריע למקלט שלנו וב איזו רמה. ניתן ליצור גיליון אלקטרוני עם פלט הדומה לזה שמוצג באיור 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; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure8.png? w = 435 'alt =' איור 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;gt; איור 8. תמונות m × n עבור מקלט 12 GHz עד 16 GHz. באיור 8, החלק הכחול מציג את רוחב הפס הרצוי. הקווים מציגים m × n תמונות שונות ורמותיהן. מהתרשים הזה, קל לראות אילו דרישות סינון נדרשות לפני המיקסר על מנת לעמוד בדרישות המפריעות. במקרה זה, ישנם מספר שלוחות תמונה הנופלות בפס ואינן ניתנות לסינון. כעת נבחן כיצד הגמישות של ארכיטקטורת ה- IF הגבוהה מאפשרת לנו לעקוף חלק מהדרבנות הללו, וזה דבר שארכיטקטורת הסופר -הטרודיודן לא יכולה להרשות לעצמה. הימנעות ממפריעים במצב מקלט התרשים באיור 9 מציג תכנית תדרים דומה הנעת בין 8 ל -12 גיגה -הרץ, עם ברירת מחדל ב -5.1 גיגה -הרץ. תרשים זה נותן תצוגה שונה של שלוחות המיקסר, מראה את תדר הניגון המרכזי לעומת. תדירות תמונה m × n, בניגוד לרמת הדורבן כפי שהוצג קודם לכן. הקו המודגש 1:1 באלכסון בתרשים זה מציג את הדורבן הרצוי של 1 × 1. הקווים האחרים בגרף מייצגים את m × n התמונות. בצד שמאל של הדמות הזו יש ייצוג ללא גמישות בכוונון IF. ה-IF קבוע ב-5.1 GHz במקרה זה. עם תדר כוונון של 10.2 גיגה-הרץ, דורבן תמונה של 2×1 חוצה את האות הרצוי. זה אומר שאם אתה מכוון ל-10.2 גיגה-הרץ, יש סיכוי טוב שאות קרוב עלול לחסום את הקליטה של ​​האות המעניין. העלילה הימנית מציגה פתרון לבעיה זו עם כוונון IF גמיש. במקרה זה, ה-IF עובר מ-5.1 GHz ל-4.1 GHz ליד 9.2 GHz. זה מונע את התרחשות של דורבן ההצלבה.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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/-/ מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure9.png? w = 435 'alt =' איור 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;gt; איור 9. דורבן מוצלב m × n ללא גמישות IF (למעלה) והימנעות מהצלבה עם כוונון IF (למטה). זוהי רק דוגמה פשוטה לאופן בו ניתן להימנע מחסימת אותות באמצעות ארכיטקטורת IF הגבוהה. בשילוב עם אלגוריתמים חכמים לקביעת הפרעות ולחישוב תדרי IF פוטנציאליים חדשים, ישנן דרכים רבות אפשריות ליצור מקלט שיכול להתאים לכל סביבה ספקטרלית. זה פשוט כמו לקבוע IF מתאים בטווח נתון (בדרך כלל 3 GHz עד 6 GHz), ואז לחשב מחדש ולתכנת את ה- LO על בסיס התדר הזה. תכנון תדרים של משדר עם ארכיטקטורת ה- High IF בדומה לתכנון תדרי הקבלה, ניתן לנצל את האופי הגמיש של ארכיטקטורת ה- IF הגבוהה כדי לשפר את הביצועים המזויפים של המשדר. בעוד שבצד המקלט, תוכן התדר הוא מעט בלתי צפוי. בצד השידור, קל יותר לחזות את המזויף על פלט המשדר. ניתן לחזות תוכן RF זה באמצעות המשוואה הבאה: כאשר ה-IF מוגדר מראש ונקבע על ידי תדר הכוונון של ה-AD9371, ה-LO נקבע על ידי תדר המוצא הרצוי. ניתן ליצור תרשים מיקסר דומה לערוץ המקלט בצד השידור. דוגמה מוצגת באיור 10. בתרשים זה, הדורבנים הגדולים ביותר הם התמונה ותדרי ה-LO, אותם ניתן לסנן לרמות הרצויות עם מסנן פס מעבר לאחר המיקסר. במערכות FDD שבהן פלט מזויף עלול לגרום לחוסר רגישות למקלט סמוך, דרבנות בתוך הלהקה יכולות להיות בעייתיות וכאן הגמישות של כוונון ה-IF יכולה להיות שימושית. בדוגמה מאיור 10, אם נעשה שימוש ב- IF סטטי של 5.1 גיגה -הרץ, יתקיים דורבן מוצלב על פלט המשדר, שיהיה קרוב ל -15.2 גיגה -הרץ. על ידי התאמת ה- IF ל -4.3 GHz בתדר ניגון של 14 GHz, ניתן למנוע את דורבן ההצלבה. זה מתואר באיור 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; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure10.png? w = 435 'alt =' איור 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;gt; איור 10. פלט מזויף ללא סינון.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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/-/ מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure11.png? w = 435 'alt =' איור 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;gt; איור 11. IF סטטי גורם לדורבן מוצלב (למעלה), כוונון IF כדי למנוע דורבן מוצלב (למטה). דוגמה לעיצוב - מערכת FDD בפס רחב כדי להציג את הביצועים שניתן להשיג עם ארכיטקטורה זו, מערכת FDD של מקלט ואבנית משדר נבנתה עם רכיבי Analog Devices מהמדף, והוגדרה לפעולה של 12 GHz עד 16 GHz ברצועת הקבלה, ותפעול 8 GHz עד 12 GHz ברצועת השידור. IF של 5.1 GHz שימש לאיסוף נתוני ביצועים. ה- LO נקבע לטווח של 17.1 GHz עד 21.1 GHz עבור ערוץ הקבלה ו- 13.1 GHz עד 17.1 GHz עבור ערוץ השידור. תרשים הבלוק של אב הטיפוס מוצג באיור 12. בתרשים זה, לוח הממיר X ו-Ku מוצג בצד שמאל וכרטיס ההערכה AD9371 מוצג בצד ימין.       & amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;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/-/ מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure12.png? w = 435 'alt =' איור 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;gt; איור 12. דיאגרמת בלוקים עבור מקלט X- ו- Ku-band ומשדר FDD של משדר. נתוני רווח, נתוני רעש ונתוני IIP3 נאספו על ממיר ההורדה של הקבלה ומוצג באיור 13 (למעלה). בסך הכל הרווח היה ~20 dB, NF היה ~6 dB, ו-IIP3 היה ~-2 dBm. ניתן לבצע איזון רווח נוסף בעזרת שימוש בשוויון אקולייזר, או שניתן לבצע כיול רווח באמצעות מנחת המשתנה ב- 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; lt; img src = 'https: //www.analog.com/-/ מדיה/אנלוגי/en/דפי נחיתה/מאמרים טכניים/x-and-ku-band-small-form-factor-radio-design/figure13.png? w = 435 'alt =' איור 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;gt; איור 13. נתוני מקלט Ku-band (עליון), נתוני משדר X-band (למטה). גם ממיר השידור למעלה נמדד, ורשמה את הרווח שלו, 0 P1dB ו-OIP3. נתונים אלה משורטטים על פני תדירות באיור 13 (למטה). הרווח הוא ~ 27 dB, P1 dB ~ 22 dBm ו- OIP3 ~ 32 dBm. כאשר לוח זה מחובר למקלט המשדר המשולב, המפרט הכולל של קליטה ושידור הוא כפי שמוצג בטבלה 3. הטבלה 3. טבלה של ביצועי המערכת הכוללים Rx, 12 GHz עד 16 GHz Tx, 8 GHz עד 12 GHz רווח של 36 dB פלט 23 dBm רעש איור 6.8 dB רצפת רעש –132 dBc/Hz IIP3 –3 dBm OIP3 31 dBm Pin, max (ללא AGC ) –33 dBm OP1dB 22 dBm In-Band m × n –60 dBc In-Band Spurs –70 dBc הספק 3.4 W הספק 4.2 W בסך הכל, הביצועים של המקלט תואמים לארכיטקטורת superheterodyne, בעוד ההספק מופחת מאוד . עיצוב שווה ערך של superheterodyne יצרוך יותר מ -5 וואט עבור שרשרת המקלט. בנוסף, לוח האב -טיפוס יוצר ללא עדיפות כדי להקטין את הגודל. עם טכניקות מתאימות של פריסת PCB, כמו גם שילוב ה-AD9371 על אותו PCB כמו הממיר למטה, ניתן היה לצמצם את הגודל הכולל של פתרון המשתמש בארכיטקטורה זו ל-4 עד 6 אינץ' רבועים בלבד. זה מראה חיסכון משמעותי בגודל לעומת פתרון סופרטרודיונין שווה ערך, שיהיה קרוב יותר ל -8 עד 10 סנטימטרים רבועים.

השאר הודעה 

רשימת הודעות