集成式RF采樣收發(fā)器支持快速跳頻、多頻帶和多模式操作

作者：德州儀器高速數據轉換器應用經(jīng)理Matthias Feulner

最新的直接無(wú)線(xiàn)射頻(RF) - 采樣收發(fā)器 – 包括德州儀器的AFE7444和AFE7422設備，分別支持四個(gè)和兩個(gè)天線(xiàn)信道 – 提供多種強大功能，使得多種先進(jìn)的系統特性，如多頻帶和多模式操作，以及變頻和快速跳頻成為可能。這些功能從系統概念來(lái)看變得日益普及，如多功能陣列，大型相控陣天線(xiàn)的不同子陣列可配置為根據情況或任務(wù)需要而執行多種功能；這包括雷達、通信或電子戰(EW)功能，如圖1所示。

多功能相控陣列系統

此外，這些系統常常需要實(shí)現快速跳頻，以便通過(guò)重復或任意的序列逐漸調整到工作頻率，如圖 2所示。如此執行可以避免人為干擾、防范信號探測或便于實(shí)施防電子欺騙技術(shù)（電子欺騙：篡改雷達反射信號的電子簽名）。

跨越多個(gè)奈奎斯特區的頻率捷變操作

為進(jìn)一步了解這些功能，讓我們首先來(lái)研究一下集成式RF采樣收發(fā)器的功能模塊，如圖 3所示。

AFE7444/AFE7422 RF采樣收發(fā)器的功能模塊

當接收器與發(fā)送器結合應用時(shí)，這些功能模塊將以下列方式提供增強功能：

跨越從幾MHz直至6 GHz的極寬的RF頻率范圍進(jìn)行操作，處理非常寬泛的非瞬間帶寬，最高可達1.5 GHz。

數字信號處理模塊，支持聚合和解聚合多種子帶或波形，每個(gè)子帶或波形可在接收或發(fā)送側作為獨立的數字數據流進(jìn)行處理。

多頻帶或多模式信號處理

現在讓我們來(lái)考慮通過(guò)利用寬頻帶采樣、合成以及數字處理功能，來(lái)處理多頻帶或多模式信號的使用案例。如圖 4所示。

使用AFE7422和AFE7444的多頻帶發(fā)送和接收配置

此設置會(huì )生成多頻帶信號，該信號包括三個(gè)不同的子帶，總帶寬為2.75 GHz。接收器在跨越多個(gè)奈奎斯特區的整個(gè)頻帶中采樣，然后將采樣數據饋送到數字下變頻模塊（具有多個(gè)并聯(lián)級）。方法是通過(guò)獨立的數字控制振蕩器(NCO)和數字混頻器，選擇多個(gè)子帶并將它們轉變?yōu)榛l信號。應用抽選，然后根據單個(gè)信號的帶寬，降低輸出采樣率，并抑制帶外減損。

相反地，在發(fā)送側，各個(gè)數字輸入流輸入到多個(gè)并聯(lián)的數字上變頻級中，上變頻將把基頻信號轉換為其相應的目標頻率。然后，數據將被超抽樣至RF數模轉換器(DAC)輸出采樣率，通過(guò)最后一級中的RF DAC合成一個(gè)合并后的寬頻帶信號（范圍從700 MHz到3.45 GHz）。

變頻和跳頻

您可以通過(guò)僅選擇單個(gè)頻帶，并利用內部數字環(huán)回，然后在重新發(fā)送該信號之前對所選的子帶應用頻移，從而擴展前一個(gè)案例。如圖 5所示。

使用AFE7444/AFE7422實(shí)現變頻或跳頻

此設置可捕獲前文所述的多頻帶信號。數字下變頻模塊選擇一個(gè)獨立的子帶，將其轉換為基頻信號并通過(guò)數字濾波器傳遞。數字濾波器會(huì )清除帶外減損，如諧波或混頻產(chǎn)品。芯片內數字環(huán)回路徑，支持直接將數字接收器的數字輸出數據饋送入發(fā)送器路徑，而無(wú)需離開(kāi)芯片，并且不必連接任何額外的處理設備。

只需把濾波后的信號向上變頻回為最初接收的頻率，便打造出片上數字中繼器。為了部署跳頻發(fā)送器，需要將發(fā)送器部分的NCO編程使其輸出所需的新頻率，然后重新發(fā)送頻移信號。如圖 5中頻譜分析儀圖譜中的黃色跡線(xiàn)所示，并將其與最初接收的多頻帶頻譜（綠色跡線(xiàn)）相比較。

振蕩器上的頻率躍遷

到現在為止，我舉例說(shuō)明了基本概念，類(lèi)似的方法可以用于支持其它使用案例，包括：

多頻帶變頻。由于使用了多個(gè)并聯(lián)的數字下變頻和上變頻模塊，所以您可以接收并將多頻帶信號解聚合為多個(gè)獨立的子帶信號，然后對每個(gè)子帶信號應用獨立的頻移，并經(jīng)片上內部數字環(huán)回饋送入發(fā)送器路徑，在達到新的頻率后重新發(fā)送子帶信號。

快速跳頻。由于我們可以重新編程NCO從而在幾毫秒內獲得更新的頻率，或輪流使用乒乓模式下每個(gè)信號路徑上可用的多個(gè)NCO，就可以接收并按照重復性或任意序列發(fā)送頻率捷變信號。這兩種頻率之間的轉換如圖 6所示。

斜坡產(chǎn)生/直接數字合成模式。用于每個(gè)發(fā)送器的內置正弦波音頻發(fā)生器，都支持生成雷達系統常用的頻率斜坡和調頻連續波(FMCW)。

同步寬頻帶掃描和窄頻帶觀(guān)測。因為每個(gè)接收器前端采樣級都可以連接多個(gè)數字處理級，所以您可以選擇為寬頻帶模式配置一個(gè)接收路徑。輸出跨越奈奎斯特全頻帶的采樣數據，并觀(guān)測最高可達1.5 GHz的非瞬間帶寬，進(jìn)而掃描是否有任何信號的存在。與此同時(shí)，您可以配置窄頻帶抽選模式的第二個(gè)路徑，放大后精確分析在寬頻帶模式下探測到的所有信號。