SOI可調諧濾波器IC在相控陣的射頻鏈上的能力和影響

SOI RFIC可調諧濾波器提高相控陣系統性能

討論了新的絕緣體上硅（SOI）可調諧濾波器IC在相控陣的射頻鏈上的能力和影響。這些新器件在可調諧性、小尺寸和高線性度方面取得了進步，有效應對了干擾和更寬工作帶寬帶來的挑戰。這些射頻集成電路（RFIC）可以被集成到射頻前端（RFFE）的寬帶有源部分，用于寬帶寬、軟件定義陣列，以實現高效益的多功能系統。為了說明其優點，討論了一個名義上的寬帶動態可編程頻分雙工（FDD）系統，工作頻率為4至8GHz（C波段）。為了幫助系統架構師探索這套新組件的用途和編程，已經開發了軟件工具，包括準確的行為調諧模型，它補充了用戶原型系統開發工作的評估套件。

對于通信和雷達等射頻應用，有源相控陣天線可以有效控制輻射方向，以實現發射時需要的有效各向同性輻射功率（EIRP）和接收時的增益與噪聲溫度比（G/T），這是通信鏈路終結或移動目標的探測和測量所需要的。為了最大限度地提高信噪干擾比（SNIR），模擬、數字或混合波束賦形器根據傳入的信號、校準和探測數據對陣列天線的增益和模式進行優化。軍事和商業系統所采用的陣列范圍很廣，從實現中等天線增益的少于一百個陣元的小型陣列，到實現更高增益和更細的鉛筆波束的有數千個陣元的大型陣列。然而，相控陣的性能和優勢可能受到所采用的射頻鏈路的限制，特別是考慮到附近干擾的影響。

在相控陣的性能權衡中，考慮到多功能的效用和靈活性，增加工作帶寬是必要的。然而，增加工作帶寬會增加寬帶輻射，并增加對附近高功率發射機的暴露，產生”致盲”或降低接收機的靈敏度。因此，希望能夠重新配置鏈路的特性，以減少輻射和在更寬的工作帶內選定的通帶上的干擾影響。1-6

另一個重要的權衡是解決方案的成本效益。陣列硬件成本只是一個因素；還必須考慮到服務或任務目標。其他普遍要考慮的因素包括支持I/O、前程和回程、平臺（或場地）空間、電力和散熱。這些也能影響成本效益。因此，增加工作帶寬是可取的，可以為商業系統實現更大的投資回報，為軍事系統提高任務效率——只要同時滿足各自的要求。1-5

寬帶可調諧濾波器

為了改善頻譜控制和靈活性，正在推出新的小型化高線性度和可調諧（或可切換）的濾波器，它們可以被集成到相控陣前端。本文重點介紹了最大限度地利用該系列器件的架構，用Otava公司開發的三個覆蓋2.5至40GHz的SOIRFIC（絕緣體上硅射頻芯片）說明其效用（見表1）。4 它們的性能支持了本文的論點，即當RFIC在有源射頻鏈中使用時，它們的線性度、功率處理和調諧范圍提供了靈活的操作。圖1顯示了這三個濾波器的測量傳遞函數。顯示的結果是使用”簡單”調諧得到的，其中所有諧振器被調諧到相同的控制值。

編程通過一個三線串行接口控制，其中每個諧振器都有五位調諧系數的分辨率，足以滿足中心頻率和帶寬的優化。重新配置所需的綜合時間不到1微秒。除了簡單的調諧方法，大量的自由度使創新的方法能夠優化濾波器的調諧。為了幫助系統設計師探索這些能力，已經開發了一個配套的行為模型，能夠準確地預測濾波器的通帶和邊帶裙邊——作為用戶定義的控制變量的函數，達到40dB的衰減。

相控陣中的集成

為了評估這些寬帶可調諧濾波器的影響，考慮相控陣的以下要素：線性度和靈敏度、工作帶寬和調諧靈活性、通帶增益和干擾抑制的控制、影響波束賦形模式對溫度變化的敏感性的陣元對陣元跟蹤以及陣列封裝密度。

圖2顯示了濾波器在相控陣前端的潛在位置。也許最理想的位置是”濾波器在先”，放在公共腿上（位置A）和/或單獨的發射（Tx）和接收（Rx）路徑上（位置B）。然而，在這些位置上，Tx需要超低損耗和高功率處理能力的濾波器，Rx需要超低損耗的濾波器。不幸的是，目前的寬帶可調諧濾波器技術并不支持相控陣中這種”濾波器在先”結構所需的損耗、線性度和尺寸。

審核編輯：劉清