为有源天线阵系统选择高效节能的窄带接收机

作者RJ Hopper

** 这是Analog Wire RF取样博客系列的第10篇。 **

我在之前的博文中论述了无线电频率(RF)取样结构对宽带系统的优势，但有些系统的运行需要中等带宽，或有其它重点考虑的因素。有源天线阵使用多个专用于产生比单个元件更集中的辐射模式天线。这种集中的模式可将天线增益增加到预定目标或用户，并可同时对波束图型以外区域提供干扰抑制，从而无需过多信号带宽。

雷达阵列就是一种用于精确定位空间目标的有源天线系统。图1中所示的简单的3×3阵列系统能够导引两个维度的波束来追踪目标。

每个天线元件都需要有自己的接收机。较小的阵列可能使用八个元件；非常大的阵则会使用数以千计的元件。这些系统需要大量的接收机，因此每个接收机必须低成本且高功率；并且这些系统需要高动态范围的性能，从而在背景噪声和干扰中辨别目标。

TI设计的700-2700MHz双通道接收机和16位ADC及100MHz IF带宽参考设计(TIDA-00360)，展示了TSW16DX370评价模块(EVM)，该模块是适用于有源天线阵系统的超外差接收机。图2显示了框图。该参考设计使用TRF37B32双混合器将输入RF信号转换为中频(IF)。该混合器具有优异的增益、噪声系数和输入线性性能，可用于任何高端通信系统。TRF37B32的功率耗散水平在同类设备中最低。这在必须使用几十个到几百个接收机的系统中非常重要。

在正常运行中，设备消耗的功率是每通道大约1瓦（频率1950MHz）。电流消耗取决于本机振荡器(LO)的频率。如果您需要进一步减小功率，TRF37B32可提供将标称耗散降至每通道0.6瓦（1950MHz）的低功率模式。如果您只需要一个通道，还可以选择单独降低各个支线的功率，或降低两个通道的功率，进行时间划分双工(TDD)操作。

TSW16DX370EVM包括一个以250MHz为中心，100MHz的1dB带宽的IF带通滤波器。EVM 使用了ADC16DX370提供16位分辨率并以370MSPS运行的模拟数字转换器(ADC)。它具有在背景噪声中辨别小信号的高信噪比性能，并使用JESD204B标准对数字数据进行串行化。ADC16DX370仅使用两个通道将所有数据从两个转换器传输到一个集中式处理器。处理多个接收机时，TSW16DX370EVM的优势体现在对数字接口进行压缩有利于最大限度减少路由。

集中的波束无法在需要时导引波束，便用途有限。使用联机相位调节电路更改各个元件的相对相位，可以导引波束。图3显示了基于变容二极管的模拟相位调节器电路。混合耦合器把输入和输出的回波损耗保持在合理水平。如果信号路径包括该电路，RF性能（尤其是互调失真）会由于变容二极管的非线性性能而降低。

另一种方法是在LO路径中放置相位调节器电路（如图4中所示），这样信号是一个单频正弦曲线，而不是已调信号。这样就能获得所需的相位调节，而不影响噪声及线性性能作为调节电压的功能。

所述的接收机能以低功率耗散保持高性能，并可轻松适应任何尺寸的天线阵。

审核编辑：何安