如何為有源天線陣系統(tǒng)選擇高效節(jié)能的窄帶接收機(jī)

之前的博文中論述了無線電頻率(RF)取樣結(jié)構(gòu)對(duì)寬帶系統(tǒng)的優(yōu)勢，但有些系統(tǒng)的運(yùn)行需要中等帶寬，或有其它重點(diǎn)考慮的因素。有源天線陣使用多個(gè)專用于產(chǎn)生比單個(gè)元件更集中的輻射模式天線。這種集中的模式可將天線增益增加到預(yù)定目標(biāo)或用戶，并可同時(shí)對(duì)波束圖型以外區(qū)域提供干擾抑制，從而無需過多信號(hào)帶寬。

雷達(dá)陣列就是一種用于精確定位空間目標(biāo)的有源天線系統(tǒng)。圖1中所示的簡單的3×3陣列系統(tǒng)能夠?qū)б齼蓚€(gè)維度的波束來追蹤目標(biāo)。

圖 1：3×3雷達(dá)天線陣列

每個(gè)天線元件都需要有自己的接收機(jī)。較小的陣列可能使用八個(gè)元件;非常大的陣則會(huì)使用數(shù)以千計(jì)的元件。這些系統(tǒng)需要大量的接收機(jī)，因此每個(gè)接收機(jī)必須低成本且高功率;并且這些系統(tǒng)需要高動(dòng)態(tài)范圍的性能，從而在背景噪聲和干擾中辨別目標(biāo)。

TI設(shè)計(jì)的700-2700MHz雙通道接收機(jī)和16位ADC及100MHz IF帶寬參考設(shè)計(jì)(TIDA-00360)，展示了TSW16DX370評(píng)價(jià)模塊(EVM)，該模塊是適用于有源天線陣系統(tǒng)的超外差接收機(jī)。圖2顯示了框圖。該參考設(shè)計(jì)使用TRF37B32雙混合器將輸入RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻(IF)。該混合器具有優(yōu)異的增益、噪聲系數(shù)和輸入線性性能，可用于任何高端通信系統(tǒng)。TRF37B32的功率耗散水平在同類設(shè)備中最低。這在必須使用幾十個(gè)到幾百個(gè)接收機(jī)的系統(tǒng)中非常重要。

在正常運(yùn)行中，設(shè)備消耗的功率是每通道大約1瓦(頻率1950MHz)。電流消耗取決于本機(jī)振蕩器(LO)的頻率。如果您需要進(jìn)一步減小功率，TRF37B32可提供將標(biāo)稱耗散降至每通道0.6瓦(1950MHz)的低功率模式。如果您只需要一個(gè)通道，還可以選擇單獨(dú)降低各個(gè)支線的功率，或降低兩個(gè)通道的功率，進(jìn)行時(shí)間劃分雙工(TDD)操作。

TSW16DX370EVM包括一個(gè)以250MHz為中心，100MHz的1dB帶寬的IF帶通濾波器。EVM 使用了ADC16DX370提供16位分辨率并以370MSPS運(yùn)行的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。它具有在背景噪聲中辨別小信號(hào)的高信噪比性能，并使用JESD204B標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行串行化。ADC16DX370僅使用兩個(gè)通道將所有數(shù)據(jù)從兩個(gè)轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)揭粋€(gè)集中式處理器。處理多個(gè)接收機(jī)時(shí)，TSW16DX370EVM的優(yōu)勢體現(xiàn)在對(duì)數(shù)字接口進(jìn)行壓縮有利于最大限度減少路由。

圖 2：TSW16DX370接收機(jī)系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)

集中的波束無法在需要時(shí)導(dǎo)引波束，便用途有限。使用聯(lián)機(jī)相位調(diào)節(jié)電路更改各個(gè)元件的相對(duì)相位，可以導(dǎo)引波束。圖3顯示了基于變?nèi)荻O管的模擬相位調(diào)節(jié)器電路。混合耦合器把輸入和輸出的回波損耗保持在合理水平。如果信號(hào)路徑包括該電路，RF性能(尤其是互調(diào)失真)會(huì)由于變?nèi)荻O管的非線性性能而降低。

另一種方法是在LO路徑中放置相位調(diào)節(jié)器電路(如圖4中所示)，這樣信號(hào)是一個(gè)單頻正弦曲線，而不是已調(diào)信號(hào)。這樣就能獲得所需的相位調(diào)節(jié)，而不影響噪聲及線性性能作為調(diào)節(jié)電壓的功能。

圖 3：相位調(diào)節(jié)電路

圖 4：LO路徑中有相位調(diào)節(jié)的超外差結(jié)構(gòu)

所述的接收機(jī)能以低功率耗散保持高性能，并可輕松適應(yīng)任何尺寸的天線陣。

歡迎大家查看下個(gè)月將論述的用于捕獲1-GHz帶寬信號(hào)的接收機(jī)解決方案。