如何為有源天線(xiàn)陣系統選擇高效節能的窄帶接收機

之前的博文中論述了無(wú)線(xiàn)電頻率(RF)取樣結構對寬帶系統的優(yōu)勢，但有些系統的運行需要中等帶寬，或有其它重點(diǎn)考慮的因素。有源天線(xiàn)陣使用多個(gè)專(zhuān)用于產(chǎn)生比單個(gè)元件更集中的輻射模式天線(xiàn)。這種集中的模式可將天線(xiàn)增益增加到預定目標或用戶(hù)，并可同時(shí)對波束圖型以外區域提供干擾抑制，從而無(wú)需過(guò)多信號帶寬。

雷達陣列就是一種用于精確定位空間目標的有源天線(xiàn)系統。圖1中所示的簡(jiǎn)單的3×3陣列系統能夠導引兩個(gè)維度的波束來(lái)追蹤目標。

圖 1：3×3雷達天線(xiàn)陣列

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

TI設計的700-2700MHz雙通道接收機和16位ADC及100MHz IF帶寬參考設計(TIDA-00360)，展示了TSW16DX370評價(jià)模塊(EVM)，該模塊是適用于有源天線(xiàn)陣系統的超外差接收機。圖2顯示了框圖。該參考設計使用TRF37B32雙混合器將輸入RF信號轉換為中頻(IF)。該混合器具有優(yōu)異的增益、噪聲系數和輸入線(xiàn)性性能，可用于任何高端通信系統。TRF37B32的功率耗散水平在同類(lèi)設備中最低。這在必須使用幾十個(gè)到幾百個(gè)接收機的系統中非常重要。

在正常運行中，設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可提供將標稱(chēng)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，還可以選擇單獨降低各個(gè)支線(xiàn)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運行的模擬數字轉換器(ADC)。它具有在背景噪聲中辨別小信號的高信噪比性能，并使用JESD204B標準對數字數據進(jìn)行串行化。ADC16DX370僅使用兩個(gè)通道將所有數據從兩個(gè)轉換器傳輸到一個(gè)集中式處理器。處理多個(gè)接收機時(shí)，TSW16DX370EVM的優(yōu)勢體現在對數字接口進(jìn)行壓縮有利于最大限度減少路由。

圖 2：TSW16DX370接收機系統參考設計

集中的波束無(wú)法在需要時(shí)導引波束，便用途有限。使用聯(lián)機相位調節電路更改各個(gè)元件的相對相位，可以導引波束。圖3顯示了基于變容二極管的模擬相位調節器電路?；旌像詈掀靼演斎牒洼敵龅幕夭〒p耗保持在合理水平。如果信號路徑包括該電路，RF性能(尤其是互調失真)會(huì )由于變容二極管的非線(xiàn)性性能而降低。

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

圖 3：相位調節電路

圖 4：LO路徑中有相位調節的超外差結構

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

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