摘要
相控阵雷达体系运用多个发射和接纳通道来完成正常运转。从前，这些渠道在结构时都运用独立的发射和接纳集成电路(IC)。这些体系在发射(Tx)电路的数模转换器(DAC)和接纳(Rx)电路的模数转换器(ADC)平分别运用独自的芯片。这种区别使得许多体系尺度巨大、本钱昂扬且功耗高，如此才干取得所需的通道数量，然后发挥所需的功用。由于制作和校准进程杂乱，这些体系一般也需求很长时刻才干上市。可是，最近呈现一种运用集成收发器的办法，它将许多从前被以为彻底不同的功用融合到单个IC之中。这些IC助力完成了小尺度、低功耗和低本钱、具有高通道数量的相控阵雷达体系，且上市时刻更短。
集成式收发器简介
集成式收发器（例如图1所示的收发器）将多种功用集成到单个IC上。例如，新式收发器将DAC、ADC、本振(LO)频率组成器、微处理器、混频器，以及更多功用集成到12 mm × 12 mm单芯片产品中。此外，该产品还集成了两个接纳通道和两个发射通道，以及多个数字信号处理(DSP)组件，以取得体系所需的瞬时带宽。还供给一个运用程序接口(API)，用于操作客户渠道上的收发器。可以运用片内前端网络完成增益和衰减操控。内置的初始化和盯梢校准例程用于供给许多通讯和军事运用所需的功用。
图1.ADRV9009是将多种功用集成到单个IC中的集成式收发器示例。
这些集成式收发器可以经过注入一个称为REF_CLK的参阅时钟信号来创立发射器和接纳器所需的一切时钟信号。然后，由片内锁相环(PLL)组成DAC/ADC采样、LO生成和微处理器时钟所需的一切时钟。假如内部LO相位噪声不足以满意客户的运用需求，用户可以挑选注入自己的低相位噪声外部LO。
来自部件的数据经由标准化的JESD204b多千兆串行数据接口进行卸载。这个接口支撑一起接纳和传输很多数据。新集成式收发器解决方案可以协助供给接口IP，协助客户加速上市时刻。假如需求确定性推迟和数据同步，用户可以运用内置的多芯片同步(MCS)特性，并宣布SYS_REF信号作为初始通道对齐序列(ILAS)的主时序基准。1
此外，可以运用内置的RFPLL相位同步特性，将发射或接纳通道的LO相位设置为相关于主参阅相位具有确定性。经过运用MCS和RFPLL相位同步特性，可以在初始化部件、频率调谐，或许开关软件上的无线电时仿制相位对齐。图2显现了一个新式集成式收发器示例，该收发器供给决定性相位，且支撑一切这些特性。
图2.内置RFPLL相位同步特性让体系与主参阅源之间呈确定性相位联系。
图3.可运用多个集成式收发器来添加体系的通道数量。
运用多个集成式收发器
假如体系需求两个以上接纳器和两个发射器，用户依然能运用多个集成式收发器，从由于单芯片接纳和发射通道完成的小尺度中获益。该技能的示例如图3所示。可以经过运用并发型SYS_REF脉冲来一起触发一切IC的内部分压器，然后同步多个集成式收发器。这些SYS_REF脉冲可由时钟芯片或基带处理器宣布，顺便可编程推迟，该推迟是构成各IC之间的途径长度不匹配的原因。跨多个芯片的数据途径和多个LO都可以是确定性的。
集成式收发器是支撑相控阵雷达渠道的中坚力量
经过运用同步集成式收发器来添加通道数量，让这些器材成为支撑相控阵雷达渠道的中坚力量。结合相位和起伏对齐的发射和接纳通道时，运用多个集成式收发器可以展现体系级的动态规模、杂散和相位噪声改进。
片内DSP特性，例如数控振荡器(NCO)和数字上变频器，或许数字下变频器(DDC)，现在支撑在单个IC内选用体系级杂散去相关办法。
经过运用多个集成式收发器来组合收发器通道，用于展现体系级噪声谱密度(NSD)和杂散功用都得到改进。此举经过下降体系的有用本底噪声，一起保持通道的悉数功用来改进相控阵雷达体系的动态规模。图4显现了在集成多达8个集成式收发器接纳通道，有用添加相控阵体系中的位数之后，得出的体系级丈量成果。留意，从一个通道添加到八个通道时，NSD和核算得出的本底噪声（在各图顶用红线标明）将添加6 dB。这是由于，尽管总共有8个通道，可是在用于创立这8个通道的4个集成式收发器中，只存在4个不同且不相关的LO（也就是说，NLO = 4）。
因而完成了如下改进
得出的成果与集成式收发器供给的实验性成果附近。此外，剩余的成像频率以不相关的方法聚合汇总，完成体系级杂散功用改进。跟着通道数量添加，功用会完成进一步改进，然后完成可扩展的体系。
图4.运用ADRV9009集成式收发器来集成接纳通道可以下降噪声谱密度，并改进动态规模。
此外，在对齐相位和集成多个集成式收发器通道之后，相控阵体系的相位噪声可以得到改进。从图5最上方的三条曲线显现的丈量成果可以看出，在运用4个集成式收发器IC的内部LO组合8个通道之后，相位噪声功用得到了改进。再重复一遍，存在4个不同且不相关的LO（也就是说，NLO = 4）时，当从1个发射通道添加为8个发射通道时，相位噪声会添加6 dB。添加通道数量可以进一步添加相控阵雷达体系的相位噪声。或许，可以将外部LO注入到由NTRx集成式收发器构成的每个子阵列中，并从子阵列层级改进初始相位噪声（如图5中的蓝色曲线所示）。可是，如此一来，该子阵列中的各元件由于都共用同一个LO源，就会相互相关，所以无法自行在子阵列中供给通道聚合改进。关于图5所示的外部LO相位噪声数据，其间运用了一个Rohde & Schwarz SMA100B信号发生器作为外部LO源。
图5.运用内部LO时，集成多个ADRV9009的发射通道可以改进体系级相位噪声功用。
注入外部LO会改进子阵列的初始相位噪声。
图6.DSP特性现在可以运用片内NCO和DDC/DUC完成数字相移。
添加通道数量，优化相移会使集成式收发器构成宽度变窄的波束。
集成的DSP特性（例如NCO、数字移相器和DUC/DDC）答应在数字域内施行基带相移和频率位移，然后答应在根据多通道、集成式收发器的相控阵雷达体系中施行数字波束成型。将多个功用集成到单个IC上之后，体系现在可以在许多相关的相控阵运用中，运用集成式收发器完成天线点阵距离。运用更多收发器来添加通道数量一般可以让波束变窄，但会导致体系变大。可是，现在将多个功用集成到单个IC之后，体系变大的份额仍是要小于曩昔。运用MATLAB®模仿辐射图之后，图6显现通道数量从N = 23添加到N = 210时，波束怎么变窄，理论波瓣起伏怎么变深。实践的功率零点将在天线规划中标明。
定论
在单个IC中集成多个数字和模仿功用可以完成更小型的相控阵雷达体系。这些体系支撑施行数字波束成型和混合波束成型，详细取决于体系标准。现已证明运用ADI公司供给的ADRV9009可以完成体系级功用改进。这些集成式器材让许多新体系可以运用相同的硬件来运转多个运用。
