leisidi，tongyongpingtaidegainianjiangyouzhuyusuoduankaifashijian，jiangdishengchanchengben，tigaoxitongjiandehucaozuoxing。tongyongpingtaiyaoqiushepinxitongnengbangzhuchuantongshangcaiyongbutongjiagoudeyingyongchongfenfahuiqixingneng。zuihou，weilaidepingtaijiangbachicunhegonghaoxuqiutuixiangxindejiduan。

 

shouchishidanrenwuxiandiandegongnengbuduanzengqiang，fuzaxingyebuduantigao，tongshiyexuyaogenggaodedianchixiaolv。xiaoxingwurenfeixingqibujubeidaxingfeijidefadiannengli，shepinxitongxiaohaodemeihaowadiannengdouhuizhijiezhuanhuachengyouxiaozaihedianchizhongliang，youcihuisuoduanfeixingshijian。weilekefuzhexietiaozhan，dazaochuxinyidaidejiejuefangan，xuyaocaiyongyizhongxinxingwuxiandianjiagou。

 

超外差架構與效益遞減現象

 

自提出以來，超外差架構就一直是航空航天和防務係統無線電設計的中堅力量。無論是單人無線電、無人飛行器(UAV)數據鏈，還是信號情報(SIGINT) 接收器，單或雙混頻級超外差架構都是通用的選擇。這種設計的優勢非常明顯：合理的頻率規劃可以實現超低的雜散輻射
，通道帶寬和選擇性可通過中頻(I F)濾 波器設 定
，各級的增益分布允許在噪聲係數與線性度之間進行權衡。

 

圖1. 基本的超外差架構的

 

在100多年的運用中，超外差在整個信號鏈中的性能得到了顯著提升。微 波 和 射 頻 器 件 提 高了性 能，同 時 還 降 低了功 耗。ADC和DAC提高了采樣速率
、線性度和有效位數(ENOB)。FPGA和DSP的處理能力遵循摩爾定律

，隨著時間的推移得到了提升，為更高效的算法、數字校正和進一步的集成創造了條件。封裝技術縮小了器件引腳的密度，同時改善了封裝的散熱能力。

 

然而，這些因器件而異的改進已經開始走向效益遞減點。盡管射頻元件的趨勢是減小尺寸、重量和功耗(SWaP) —但dan高gao性xing能neng濾lv波bo器qi的de物wu理li尺chi寸cun仍reng然ran較jiao大da，通tong常chang采cai用yong定ding製zhi式shi設she計ji，會hui增zeng加jia係xi統tong的de整zheng體ti成cheng本ben。另ling外wai，中zhong頻pin濾lv波bo器qi決jue定ding著zhe平ping台tai的de模mo擬ni通tong道dao帶dai寬kuan，因yin而er很hen難nan構gou造zao出chu可ke以yi在zai廣guang泛fan係xi統tong中zhong重zhong複fu利li用yong的de通tong用yong平ping台tai設she計ji。對dui於yu封feng裝zhuang技ji術shu
，多duo數shu生sheng產chan線xian不bu會hui采cai用yong低di於yu0.65 mm或0.8 mm的引腳間距
，這意味著，有著多種I/O要求的複雜器件在物理尺寸上可以小型化的程度是存在限製的。

 

零中頻架構

 

超外差架構的一種替代方案是零中頻(Z I F)架構，近年來
，後者已經作為一種潛在的解決方案重現市場。零中頻接收器采用一種單頻混頻級，其本振(LO)直接設為目標頻段，把接收到的信號向下轉換至相位(I)和正交(Q)信號中的基帶。這種架構可以緩解超外差架構嚴格的濾波要求
，因為所有模擬濾波處理均發生於基帶，在基帶中，相比定製射 頻/中頻濾波器，濾波器的設計要簡單得多，成本也要低一些。如此一來，ADC和DAC就在基帶中作用於I/Q數 據ju，所suo以yi，可ke以yi降jiang低di相xiang對dui於yu轉zhuan換huan帶dai寬kuan的de采cai樣yang速su率lv
，從cong而er大da幅fu降jiang低di功gong耗hao水shui平ping。從cong多duo個ge設she計ji角jiao度du來lai看kan
，零ling中zhong頻pin收shou發fa器qi因yin降jiang低di了le模mo擬ni前qian端duan的de複fu雜za性xing，減jian少shao了le元yuan件jian 數 量，所以可以大幅 降低SWaP。

 

圖2.零中頻架構

 

然而
，這種係統架構有些缺陷需要解決。把頻率直接轉換為基帶的方法會帶來載波泄漏和鏡像頻率。從數學上來看，I和Q信號的虛部會因其正交性而相互抵消（如圖3）。受真 實 因 素 的 影 響（比 如 工藝差異
、信號鏈裏的溫度差異），不可能在I信號與Q信號之間維持完美的90°相位偏移，結果會導致鏡像抑製性能下降。另外，混頻級裏不完美的LO隔離會帶來載波泄漏。如果不予以校正
，則鏡像和載波泄漏問題可能會導致接收器靈敏度下降，造成無用的發射頻譜輻射。

 

圖3.零中頻鏡像消除

 

從曆史上來看，I/Q不平衡問題限製了零中頻架構適用的範圍。其原因有二：首先，零中頻架構采用分立式實現方式
，結果會在單片器件和印刷電路板(P C B)zhongdaozhishipeiwenti。dier，danpianqijiankenenglaizibutongdeshengchanpici，yingongyibenshendechayi，yaoshixianjingquepipeijiqikunnan。lingwai，fenlishishixianfangshiyehuishichuliqiyushepinyuanjianzaiwulishangxiangfenli
，hennanhengkuapinlv、溫度和帶寬元件實現正交校正算法。

 

集成式收發器帶來SWaP解決方案

 

jianglingzhongpinjiagoujichengdaodanpianshoufaqizhong，zhezhongfangfaweixinyidaixitongtigongleyigetujing。bamoniheshepinxinhaolianshezaitongyipianguipianshang，keyizuidaxiandudijiangdigongyichayideyingxiang。ciwai
，DSP模塊可以整合到收發器中
，由此消除正交校準算法與信號鏈之間的界限。這種方法不但可以前所未有地改善SWaP性能
，還能在性能規格上媲美超外差架構。

 

圖4. AD9361和AD9371功能框圖

 

目前， ADI 公司有兩款收發器能滿足航空航天和防務市場的需求

， 它們是AD9361 和AD9371。這些器件把完整的射頻、模擬和數字信 號鏈集成到單片CMOS器 件上，整 合 的 數 字 處 理 模 塊可以實 時運 行正交和載波泄漏校正算法，不受任何工藝、頻率和溫度差異的影響。AD9361重點麵向要求中等性能規格和超低功耗的應用
，比如無人飛行器數據鏈、手持式和單人通信係統以及小型SIGINT等。AD9371麵向要求超高性能規格和中等功耗的應用而優化。另外
，該器件集成了一枚A RM®微處理器，用於實現精密校準控製；一枚觀察接收器，用於實 現 功率放 大器(PA)線性化；以yi及ji一yi個ge嗅xiu探tan接jie收shou器qi

，用yong於yu探tan測ce空kong白bai空kong間jian。這zhe就jiu為wei眾zhong多duo不bu同tong的de應ying用yong開kai啟qi了le全quan新xin的de設she計ji潛qian力li。現xian在zai
，可ke以yi在zai小xiao得de多duo的de封feng裝zhuang中zhong實shi現xian采cai用yong寬kuan帶dai波bo形xing或huo占zhan用yong非fei連lian續xu頻pin譜pu的de通tong信xin平ping台tai了le。在zai射she頻pin頻pin譜pu高gao度du擁yong擠ji的de地di點dian，較jiao高gao的de動dong態tai範fan圍wei和he較jiao寬kuan的de帶dai寬kuan為wei實shi現xianSIGINT和相控陣雷達作業創造了條件。

 

新一代就在當下

 

借助長達100年的器件優化經驗，超外差架構得以在尺寸不斷縮小、功(gong)耗(hao)不(bu)斷(duan)降(jiang)低(di)的(de)平(ping)台(tai)上(shang)實(shi)現(xian)不(bu)斷(duan)增(zeng)強(qiang)的(de)性(xing)能(neng)。隨(sui)著(zhe)物(wu)理(li)限(xian)製(zhi)的(de)到(dao)來(lai)

，這(zhe)些(xie)改(gai)進(jin)已(yi)經(jing)開(kai)始(shi)放(fang)緩(huan)步(bu)伐(fa)。新(xin)一(yi)代(dai)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)和(he)防(fang)務(wu)平(ping)台(tai)將(jiang)要(yao)求(qiu)采(cai)用(yong)全(quan)新(xin)的(de)射(she)頻(pin)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)。在(zai)這(zhe)類(lei)方(fang)法(fa)中(zhong)
，若(ruo)幹(gan)平(ping)方(fang)英(ying)寸(cun)的(de)現(xian)有(you)平(ping)台(tai)將(jiang)集(ji)成(cheng)到(dao)單(dan)片(pian)器(qi)件(jian)中(zhong)；軟件與硬件之間的界限被模糊
，可實現當前不可能的優化和集成水平
；減小的SWaP不再意味著性能的下降。

 

現在，借助AD9361和AD9371這一組合，航 空 航天和防務設 計師有能力構造幾年前還不可能實現的係統。兩款器件具有許多共同點—可調諧的濾波器角、寬帶LO生成、分集能力
、校準算法等。但也存在關鍵的差異
，每款器件均針對不同的應用而優化。AD9361側重於單載波平台，其中
，SWaP是主要驅動力。AD9371側重於寬帶、非連續平台，其中，性能規格的實現難度更大。這兩款收發器將成為新一代航空航天和防務信號鏈的關鍵促成因素。

 

 

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