SOI可调谐滤波器IC在相控阵的射频链上的能力和影响

滤波器电路

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描述

SOI RFIC可调谐滤波器提高相控阵系统性能

讨论了新的绝缘体上硅(SOI)可调谐滤波器IC在相控阵的射频链上的能力和影响。这些新器件在可调谐性、小尺寸和高线性度方面取得了进步,有效应对了干扰和更宽工作带宽带来的挑战。这些射频集成电路(RFIC)可以被集成到射频前端(RFFE)的宽带有源部分,用于宽带宽、软件定义阵列,以实现高效益的多功能系统。为了说明其优点,讨论了一个名义上的宽带动态可编程频分双工(FDD)系统,工作频率为4至8GHz(C波段)。为了帮助系统架构师探索这套新组件的用途和编程,已经开发了软件工具,包括准确的行为调谐模型,它补充了用户原型系统开发工作的评估套件。

对于通信和雷达等射频应用,有源相控阵天线可以有效控制辐射方向,以实现发射时需要的有效各向同性辐射功率(EIRP)和接收时的增益与噪声温度比(G/T),这是通信链路终结或移动目标的探测和测量所需要的。为了最大限度地提高信噪干扰比(SNIR),模拟、数字或混合波束赋形器根据传入的信号、校准和探测数据对阵列天线的增益和模式进行优化。军事和商业系统所采用的阵列范围很广,从实现中等天线增益的少于一百个阵元的小型阵列,到实现更高增益和更细的铅笔波束的有数千个阵元的大型阵列。然而,相控阵的性能和优势可能受到所采用的射频链路的限制,特别是考虑到附近干扰的影响。

在相控阵的性能权衡中,考虑到多功能的效用和灵活性,增加工作带宽是必要的。然而,增加工作带宽会增加宽带辐射,并增加对附近高功率发射机的暴露,产生”致盲”或降低接收机的灵敏度。因此,希望能够重新配置链路的特性,以减少辐射和在更宽的工作带内选定的通带上的干扰影响。1-6

另一个重要的权衡是解决方案的成本效益。阵列硬件成本只是一个因素;还必须考虑到服务或任务目标。其他普遍要考虑的因素包括支持I/O、前程和回程、平台(或场地)空间、电力和散热。这些也能影响成本效益。因此,增加工作带宽是可取的,可以为商业系统实现更大的投资回报,为军事系统提高任务效率——只要同时满足各自的要求。1-5

宽带可调谐滤波器

为了改善频谱控制和灵活性,正在推出新的小型化高线性度和可调谐(或可切换)的滤波器,它们可以被集成到相控阵前端。本文重点介绍了最大限度地利用该系列器件的架构,用Otava公司开发的三个覆盖2.5至40GHz的SOIRFIC(绝缘体上硅射频芯片)说明其效用(见表1)。4 它们的性能支持了本文的论点,即当RFIC在有源射频链中使用时,它们的线性度、功率处理和调谐范围提供了灵活的操作。图1显示了这三个滤波器的测量传递函数。显示的结果是使用”简单”调谐得到的,其中所有谐振器被调谐到相同的控制值。

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编程通过一个三线串行接口控制,其中每个谐振器都有五位调谐系数的分辨率,足以满足中心频率和带宽的优化。重新配置所需的综合时间不到1微秒。除了简单的调谐方法,大量的自由度使创新的方法能够优化滤波器的调谐。为了帮助系统设计师探索这些能力,已经开发了一个配套的行为模型,能够准确地预测滤波器的通带和边带裙边——作为用户定义的控制变量的函数,达到40dB的衰减。

相控阵中的集成

为了评估这些宽带可调谐滤波器的影响,考虑相控阵的以下要素:线性度和灵敏度、工作带宽和调谐灵活性、通带增益和干扰抑制的控制、影响波束赋形模式对温度变化的敏感性的阵元对阵元跟踪以及阵列封装密度。

图2显示了滤波器在相控阵前端的潜在位置。也许最理想的位置是”滤波器在先”,放在公共腿上(位置A)和/或单独的发射(Tx)和接收(Rx)路径上(位置B)。然而,在这些位置上,Tx需要超低损耗和高功率处理能力的滤波器,Rx需要超低损耗的滤波器。不幸的是,目前的宽带可调谐滤波器技术并不支持相控阵中这种”滤波器在先”结构所需的损耗、线性度和尺寸。

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审核编辑:刘清

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