類lei似si地di
，通tong用yong平ping台tai的de概gai念nian將jiang有you助zhu於yu縮suo短duan開kai發fa時shi間jian，降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben

，提ti高gao係xi統tong間jian的de互hu操cao作zuo性xing。通tong用yong平ping台tai要yao求qiu射she頻pin係xi統tong能neng幫bang助zhu傳chuan統tong上shang采cai用yong不bu同tong架jia構gou的de應ying用yong充chong分fen發fa揮hui其qi性xing能neng。最zui後hou，未wei來lai的de平ping台tai將jiang把ba尺chi寸cun和he功gong耗hao需xu求qiu推tui向xiang新xin的de極ji端duan。

 

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(yu)0.65 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 ju，suoyi
，keyijiangdixiangduiyuzhuanhuandaikuandecaiyangsulv，congerdafujiangdigonghaoshuiping。congduogeshejijiaodulaikan，lingzhongpinshoufaqiyinjiangdilemoniqianduandefuzaxing，jianshaoleyuanjian 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

 

將jiang零ling中zhong頻pin架jia構gou集ji成cheng到dao單dan片pian收shou發fa器qi中zhong，這zhe種zhong方fang法fa為wei新xin一yi代dai係xi統tong提ti供gong了le一yi個ge途tu徑jing。把ba模mo擬ni和he射she頻pin信xin號hao鏈lian設she在zai同tong一yi片pian矽gui片pian上shang，可ke以yi最zui大da限xian度du地di降jiang低di工gong藝yi差cha異yi的de影ying響xiang。此ci外wai，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；yijiyigexiutanjieshouqi，yongyutancekongbaikongjian。zhejiuweizhongduobutongdeyingyongkaiqilequanxindeshejiqianli。xianzai

，keyizaixiaodeduodefengzhuangzhongshixiancaiyongkuandaiboxinghuozhanyongfeilianxupinpudetongxinpingtaile。zaishepinpinpugaoduyongjidedidian，jiaogaodedongtaifanweihejiaokuandedaikuanweishixianSIGINT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、gonghaobuduanjiangdidepingtaishangshixianbuduanzengqiangdexingneng。suizhewulixianzhidedaolai，zhexiegaijinyijingkaishifanghuanbufa。xinyidaihangkonghangtianhefangwupingtaijiangyaoqiucaiyongquanxindeshepinshejifangfa。zaizheleifangfazhong，ruoganpingfangyingcundexianyoupingtaijiangjichengdaodanpianqijianzhong；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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