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详解强制杂散去相关性方法

射频收发器在数字波束合成相控阵中实现强制杂散去相关性


  来源: ADI公司航空航天和防务部 技术主管 Peter Delos 时间:2019-06-14 编辑:伊敏
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在大型数字波束合成天线中,人们非常希望通过组合来自分布式波形发生器和接收器的信号这一波束合成过程改善动态范围。如果关联误差项不相关,则可以在噪声和杂散性能方面使动态范围提升10logN。这里的N是波形发生器或接收器通道的数量。噪声在本质上是一个非常随机的过程,因此非常适合跟踪相关和不相关的噪声源。然而,杂散信号的存在增加了强制杂散去相关的难度。因此,可以强制杂散信号去相关的任何设计方法对相控阵系统架构都是有价值的。

在本文中,我们将回顾以前发布的技术,这些技术通过偏移LO频率并以数字方式补偿此偏移,强制杂散信号去相关。

已知杂散去相关方法

在相控阵中,用于强制杂散去相关的各种方法问世已有些时日。已知的第一份文献1可以追溯到2002年,该文描述了用于确保接收器杂散不相关的一种通用方法。在这种方法中,先以已知方式,修改从接收器到接收器的信号。然后,接收器的非线性分量使信号失真。在接收器输出端,将刚才在接收器中引入的修改反转。目标信号变得相干或相关,但不会恢复失真项。在测试中实现的修改方法是将每个本振(LO)频率合成器设置为不同的频率,然后在数字处理过程中以数字方式调谐数控振荡器(NCO),以校正修改。

图1所示为ADI公司收发器ADRV9009的功能框图。


每个波形发生器或接收器都是用直接变频架构实现的。Daniel Rabinkin的文章《前端非线性失真与阵列波形合成》详细地讨论 了各种直接变频架构。4 LO频率可以独立编程到各IC上。数字处理部分包括数字上/下变频,其NCO也可跨IC独立编程。Peter Delos的文章《宽带射频接收器架构的选项》对数字下变频进行了进一步的描述。

接下来,我们将展示一种方法,可以用于在多个收发器上强制杂散去相关。首先,通过编程板载锁相环(PLL)偏移LO的频率。然后,设置NCO的频率,以数字化补偿施加的LO频率偏移。通过调整收发器IC内部的两个特性,进出收发器的数字数据不必在频率上偏移,整个频率转换和寄生去相关功能都内置在收发器IC中。

图2所示为具有代表性的波形发生器阵列功能框图。


为了从频率角度说明概念,图3展示了一个带有来自直接变频架构的两个发送信号的示例。在这些示例中,射频位于LO的高端。在直接变频架构中,镜像频率和三次谐波出现在LO的相对侧,并显示在LO频率下方。当将不同通道的LO频率设置为相同的频率时,杂散频率也处于相同的频率,如图3a所示。图3b所示为LO2的设置频率高于LO1的情况。数字NCO同等地偏移,使RF信号实现相干增益。镜像和三次谐波失真积处于不同的频率,因此不相关。图3c所示为与图3b相同的配置,只是RF载波添加了调制。



图3. 用频率显示杂散信号的光谱示例。三个示例:(a) 无杂散去相关的两个组合CW信号;(b) 强制杂散去相关的两个组合CW信号;以及 (c) 强制杂散去相关的两个组合调制信号。


测量结果

组装了一个基于收发器的8通道射频测试台,用于评估相控阵应用的收发器产品线。评估波形发生器的测试设置如图4所示。在该测试中,将相同的数字数据应用于所有波形发生器。通过调整NCO相位实施跨通道校准,以确保射频信号在8路组合器处同相并且相干地组合。


图4. 波形发生器杂散测试设置。


接下来,我们将展示测试数据,比较以下两种情况下的杂散性能:一是将LO和NCO都设为相同的频率;二是偏移LO和NCO的频率。所使用的收发器在一个双通道器件内共用一个LO(见图1),因此对于8个射频通道来说,共有4个不同的LO频率。

关键词:波形发生器 去相关 相控阵    浏览量:3956

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