Домашний помощник
Aug 22, 2023Allegro MicroSystems объявит финансовые результаты за первый квартал 2024 финансового года
Aug 14, 2023Открывая захватывающий мир дизайна полупроводниковой продукции
Aug 16, 2023Сотни Intersil от Renesas
Aug 18, 2023Стенограмма: Cirrus Logic, Inc. представляет на форуме технологического лидерства KeyBanc 2023, август
Aug 20, 2023Инженер
Питер Делос
Руководитель отдела проектирования, Analog Devices
Введение
Мы являемся свидетелями исторического момента для радиочастотной (РЧ) электроники в приложениях с фазированными решетками. Быстрый прогресс в индустрии беспроводной связи привел к распространению интеграции и миниатюризации радиочастотной электроники. Многие приложения теперь пожинают плоды этих достижений. Интеграция больших участков сигнальной цепи в полные интегральные схемы (ИС) позволила, в частности, создать антенны с фазированной решеткой. Новые системы распространяются благодаря реализации аналогового или цифрового формирования луча, чему способствуют недавние выпуски микросхем на широкие рынки.
В Analog Devices мы регулярно получаем запросы и запросы на интервью от клиентов и издателей. Полный портфель, предлагающий решения для преобразования антенн в биты, начиная от радиочастотных и заканчивая высокоскоростными преобразователями, приемопередатчиками, системами ФАПЧ и питанием, а также расширенную интеграцию, позволил создать экспертную базу в области системной архитектуры. Наши разработки, охватывающие всю цепочку радиочастотных сигналов, которые позволят создать фазированные решетки будущего, вызывают большой интерес.
В этой статье обобщаются некоторые рутинные запросы, которые в различных формах разбросаны по Интернету, и приводится к более подробному обсуждению. Мы начнем с краткой истории эволюции фазированных решеток, обсудим тенденции и проблемы архитектуры, изложим наш взгляд на последние разработки и предоставим ссылки на статьи и веб-трансляции, которые предоставляют более подробную информацию по различным темам.
Начнем с эволюции фазированных решеток. Как мы здесь оказались?
Большая часть ранних работ по фазированной решетке была разработана для радиолокационных приложений, поэтому рассмотрение эволюции реализаций радиолокационных антенн дает хорошее представление о том, как были задуманы современные антенны с цифровым формированием диаграммы направленности. Из-за необходимости значительное развитие радаров было ускорено во время и после Второй мировой войны. После Второй мировой войны большая часть математических вычислений, используемых сегодня для обработки сигналов и радиолокации, была разработана в различных правительственных лабораториях и организациях.
Важным методом обработки радиолокационных сигналов является сжатие импульсов. Сжатие импульсов обеспечивается за счет выбора формы сигнала, например, линейной частотной модуляции (LFM) и фазовых кодов, при которых импульс на выходе согласованного фильтра намного короче передаваемого импульса. Степень сжатия импульса напрямую связана с полосой пропускания сигнала. Все это было задокументировано и понято к 1960-м годам. Некоторые говорят, что радар родился со сжатием импульсов. После понимания математики продолжались разработки расширенных реализаций, которые в конечном итоге привели к созданию современной фазированной решетки.
Первые реализации имели вращающиеся антенные тарелки, а радиочастотные сигналы высокой мощности генерировались в ламповых усилителях. Затем вращающиеся антенны были заменены первыми антеннами с фазированной решеткой, которые использовались в радарах очень высокой производительности. Ламповые усилители высокой мощности (HPA) остались, и поток передаваемого сигнала был следующим: ламповые HPPA → волноводное распределение → фазовращатели → излучающие элементы. Формирование луча представляло собой полностью аналоговую систему. При приеме можно было создать несколько диаграмм направленности, но этот процесс был сложным и дорогим, поэтому обычно ограничивался несколькими лучами. Таким образом можно реализовать антенные системы для моноимпульсных радаров. Первым шагом на пути к твердотельным фазированным решеткам стало внедрение модулей передачи/приема (T/R), распределенных по каждому элементу, при этом в первых реализациях все еще использовалось аналоговое формирование луча с аналогичной внутренней обработкой. Модуль T/R состоит из полупроводникового HPA для передачи, малошумящего усилителя (LNA) для приема и циркулятора или переключателя для управления направлением радиочастотной энергии (передача или прием) от антенны.
В настоящее время происходит переход к фазовым решеткам с цифровым формированием луча. Гибридные архитектуры, состоящие из аналоговых подматриц с формированием диаграммы направленности, а затем приемников и АЦП за каждой подматрицей, позволяют цифровому формированию диаграммы направленности формировать множество лучей в пределах диаграммы направленности подрешетки. Каждый элемент цифровой фазированной решетки включает в себя приемники и генераторы сигналов, стоящие за каждым элементом. Фазовая решетка с цифровой диаграммой направленности, состоящая из каждого элемента, позволяет создавать действительно программно определяемые диаграммы направленности антенны. Многие лучи могут формироваться одновременно во многих различных направлениях, а диаграммы направленности антенны можно адаптивно контролировать, включая нулевые значения. Благодаря программируемости на уровне системы цифровые фазированные решетки для каждого элемента стали целью многих архитекторов антенн.