leisidi，tongyongpingtaidegainianjiangyouzhuyusuoduankaifashijian，jiangdishengchanchengben，tigaoxitongjiandehucaozuoxing。tongyongpingtaiyaoqiushepinxitongnengbangzhuchuantongshangcaiyongbutongjiagoudeyingyongchongfenfahuiqixingneng。zuihou，weilaidepingtaijiangbachicunhegonghaoxuqiutuixiangxindejiduan。

 

手shou持chi式shi單dan人ren無wu線xian電dian的de功gong能neng不bu斷duan增zeng強qiang，複fu雜za性xing也ye不bu斷duan提ti高gao，同tong時shi也ye需xu要yao更geng高gao的de電dian池chi效xiao率lv。小xiao型xing無wu人ren飛fei行xing器qi不bu具ju備bei大da型xing飛fei機ji的de發fa電dian能neng力li
，射she頻pin係xi統tong消xiao耗hao的de每mei毫hao瓦wa電dian能neng都dou會hui直zhi接jie轉zhuan化hua成cheng有you效xiao載zai荷he電dian池chi重zhong量liang，由you此ci會hui縮suo短duan飛fei行xing時shi間jian。為wei了le克ke服fu這zhe些xie挑tiao戰zhan
，打da造zao出chu新xin一yi代dai的de解jie決jue方fang案an
，需xu要yao采cai用yong一yi種zhong新xin型xing無wu線xian電dian架jia構gou。

 

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) —dangaoxingnenglvboqidewulichicunrengranjiaoda
，tongchangcaiyongdingzhishisheji，huizengjiaxitongdezhengtichengben。lingwai
，zhongpinlvboqijuedingzhepingtaidemonitongdaodaikuan

，yinerhennangouzaochukeyizaiguangfanxitongzhongzhongfuliyongdetongyongpingtaisheji。duiyufengzhuangjishu，duoshushengchanxianbuhuicaiyongdiyu0.65 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)中zhong導dao致zhi失shi配pei問wen題ti。第di二er，單dan片pian器qi件jian可ke能neng來lai自zi不bu同tong的de生sheng產chan批pi次ci

，因yin工gong藝yi本ben身shen的de差cha異yi，要yao實shi現xian精jing確que匹pi配pei極ji其qi困kun難nan。另ling外wai
，分fen立li式shi實shi現xian方fang式shi也ye會hui使shi處chu理li器qi與yu射she頻pin元yuan件jian在zai物wu理li上shang相xiang分fen離li，很hen難nan橫heng跨kua頻pin率lv、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

 

jianglingzhongpinjiagoujichengdaodanpianshoufaqizhong，zhezhongfangfaweixinyidaixitongtigongleyigetujing。bamoniheshepinxinhaolianshezaitongyipianguipianshang，keyizuidaxiandudijiangdigongyichayideyingxiang。ciwai
，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
；以(yi)及(ji)一(yi)個(ge)嗅(xiu)探(tan)接(jie)收(shou)器(qi)
，用(yong)於(yu)探(tan)測(ce)空(kong)白(bai)空(kong)間(jian)。這(zhe)就(jiu)為(wei)眾(zhong)多(duo)不(bu)同(tong)的(de)應(ying)用(yong)開(kai)啟(qi)了(le)全(quan)新(xin)的(de)設(she)計(ji)潛(qian)力(li)。現(xian)在(zai)，可(ke)以(yi)在(zai)小(xiao)得(de)多(duo)的(de)封(feng)裝(zhuang)中(zhong)實(shi)現(xian)采(cai)用(yong)寬(kuan)帶(dai)波(bo)形(xing)或(huo)占(zhan)用(yong)非(fei)連(lian)續(xu)頻(pin)譜(pu)的(de)通(tong)信(xin)平(ping)台(tai)了(le)。在(zai)射(she)頻(pin)頻(pin)譜(pu)高(gao)度(du)擁(yong)擠(ji)的(de)地(di)點(dian)，較(jiao)高(gao)的(de)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)和(he)較(jiao)寬(kuan)的(de)帶(dai)寬(kuan)為(wei)實(shi)現(xian)SIGINT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、功gong耗hao不bu斷duan降jiang低di的de平ping台tai上shang實shi現xian不bu斷duan增zeng強qiang的de性xing能neng。隨sui著zhe物wu理li限xian製zhi的de到dao來lai
，這zhe些xie改gai進jin已yi經jing開kai始shi放fang緩huan步bu伐fa。新xin一yi代dai航hang空kong航hang天tian和he防fang務wu平ping台tai將jiang要yao求qiu采cai用yong全quan新xin的de射she頻pin設she計ji方fang法fa。在zai這zhe類lei方fang法fa中zhong，若ruo幹gan平ping方fang英ying寸cun的de現xian有you平ping台tai將jiang集ji成cheng到dao單dan片pian器qi件jian中zhong；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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