如何為有源天線陣系統選擇高效節能的窄帶接收機

　　我在之前的博文中論述了無線電頻率(RF)取樣結構對寬帶系統的優勢，但有些系統的運行需要中等帶寬，或有其它重點考慮的因素。有源天線陣使用多個專用于產生比單個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定目標或用戶，并可同時對波束圖型以外區域提供干擾抑制，從而無需過多信號帶寬。

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

圖 1：3×3雷達天線陣列

　　每個天線元件都需要有自己的接收機。較小的陣列可能使用八個元件；非常大的陣則會使用數以千計的元件。這些系統需要大量的接收機，因此每個接收機必須低成本且高功率；并且這些系統需要高動態范圍的性能，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評價模塊(EVM)，該模塊是適用于有源天線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)。該混合器具有優異的增益、噪聲系數和輸入線性性能，可用于任何高端通信系統。TRF37B32的功率耗散水平在同類設備中最低。這在必須使用幾十個到幾百個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。如果您需要進一步減小功率，TRF37B32可提供將標稱耗散降至每通道0.6瓦（1950MHz）的低功率模式。如果您只需要一個通道，還可以選擇單獨降低各個支線的功率，或降低兩個通道的功率，進行時間劃分雙工(TDD)操作。

　　TSW16DX370EVM包括一個以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標準對數字數據進行串行化。ADC16DX370僅使用兩個通道將所有數據從兩個轉換器傳輸到一個集中式處理器。處理多個接收機時，TSW16DX370EVM的優勢體現在對數字接口進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

　　集中的波束無法在需要時導引波束，便用途有限。使用聯機相位調節電路更改各個元件的相對相位，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?a target="_blank">耦合器把輸入和輸出的回波損耗保持在合理水平。如果信號路徑包括該電路，RF性能（尤其是互調失真）會由于變容二極管的非線性性能而降低。

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

圖 3：相位調節電路

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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陣。

　　歡迎大家查看“我”下個月將論述的用于捕獲1-GHz帶寬信號的接收機解決方案。
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