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詳解強制雜散去相關性方法

射頻收發(fā)器在數(shù)字波束合成相控陣中實現(xiàn)強制雜散去相關性


  來源: ADI公司航空航天和防務部 技術主管 Peter Delos 時間:2019-06-14 編輯:伊敏
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在圖5和圖6中,收發(fā)器NCO和LO都設置為相同的頻率。在這種情況下,由鏡像、LO泄漏和三次諧波產(chǎn)生的雜散信號都處于相同的頻率。圖5所示為通過頻譜分析儀測得的各發(fā)射輸出。圖6所示為組合輸出。在這個特定的測試中,相對于載波以dBc為單位測量的鏡像雜散和LO泄漏雜散展現(xiàn)出改善的跡象,但三次諧波沒有改善。在測試中,我們發(fā)現(xiàn),三次諧波在各個通道之間始終相關,鏡像頻率始終不相關,LO頻率根據(jù)啟動條件而變化。這反映在圖3a中,其中,我們展示了三次諧波的相干疊加、鏡像頻率的非相干疊加以及LO泄漏頻率的部分相干疊加。


圖5. 各通道的波形發(fā)生器雜散(LO和NCO設為相同的頻率)。


圖6. 組合波形發(fā)生器雜散(LO和NCO設為相同的頻率)。注意,在這種配置中,三次諧波雜散沒有改善。


在圖7和圖8中,收發(fā)器LO全部設為不同的頻率,并且同時調(diào)整數(shù)字NCO的頻率和相位,使得信號相干地組合。在這種情況下,由鏡像、LO泄漏和三次諧波產(chǎn)生的雜散信號被強制設為不同的頻率。圖7所示為通過頻譜分析儀測得的各發(fā)射輸出。圖8所示為組合輸出。在這個測試中,相對于載波以dBc為單位測量的鏡像雜散、LO泄漏雜散和三次諧波雜散開始擴散進噪聲,將通道組合起來后,每種雜散都展現(xiàn)出改善的跡象。


圖7. 各通道的波形發(fā)生器雜散(LO和NCO的頻率偏移)。


圖8. 組合波形發(fā)生器雜散(LO和NCO頻率偏移)。注意,在這種情況下,雜散的頻率有所擴散,并且相對于單個通道SFDR,其SFDR有明顯的改善。


當組合非常少量的通道時,比如在本測試中,雜散的相對水平實際上提高了20log(N)。這是由于信號分量相干地組合并以20log(N)遞增,而雜散根本沒有組合。在實踐中,通過組合大通道陣列和更多通道,改善程度有望接近10log(N)。原因有二。首先,在組合大量信號的情況下,充分擴散雜散以獨立考慮每個雜散是不現(xiàn)實的。以1 MHz調(diào)制帶寬為例。如果規(guī)格規(guī)定,要在1 MHz帶寬內(nèi)測量雜散輻射,那么最好擴散雜散,使它們相距至少1 MHz。如果無法做到,則每1 MHz的測量帶寬都會包括多個雜散分量。由于這些分量將處于不同的頻率,所以,它們將不相干地組合,并且在每1 MHz帶寬中測得的雜散功率將以10log(N)遞增。然而,任一1 MHz測量帶寬都不會包含所有雜散,因此在這種情況下,雜散N小于信號N;盡管改進增量為10log(N),但一旦N足夠大,使其雜散密度能在測量帶寬內(nèi)容納多個雜散,則與無雜散信號去相關的系統(tǒng)相比,絕對改善量仍然優(yōu)于10log(N)——也就是說,改善量將介于10log(N)和20log(N)分貝(或dB)之間。其次,這個測試是用CW信號完成的,但現(xiàn)實信號會被調(diào)制,這將導致它們擴散,使得在組合大量信道的情況下,不可能實現(xiàn)不重疊的雜散信號。這些重疊的雜散信號將是不相關的,并且在重疊區(qū)域以10log(N)不相干地遞增。

當將不同通道的LO設為相同頻率時,需要特別注意LO泄漏分量。當兩個信號分支相加時,模擬調(diào)制器中LO的不完全消除,這是導致LO泄漏的原因。如果幅度和相位不平衡是隨機誤差,則剩余LO泄漏分量的相位也將是隨機的,并且當將許多不同的收發(fā)器的LO泄漏相加時,即使它們的頻率完全相同,它們也將以10log(N)不相干地疊加。調(diào)制器的鏡像分量也應如此,但調(diào)制器的三次諧波則不一定這樣。在少量通道被相干組合的情況下,LO相位不太可能是完全隨機的,因此測得數(shù)據(jù)中展示了部分去相關的原因。由于信道數(shù)量非常多,因此,不同通道的LO相位更接近隨機條件,并且預計為不相關疊加。


結論

當LO和NCO的頻率偏移時,結果會測得SFDR,其清楚地表明,所產(chǎn)生的雜散全部處于不同頻率并且在組合過程中不相關,從而確保在組合通道時SFDR能得到改善?,F(xiàn)在,在ADI公司的收發(fā)器產(chǎn)品中,LO和NCO頻率控制已經(jīng)成為一種可編程的特性。結果表明,該功能可用于相控陣應用,相比單通道性能,可確保陣列級的SFDR改善。


關鍵詞:波形發(fā)生器 去相關 相控陣    瀏覽量:4817

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