隨著移動通信的不斷發展,移動通信技術已經發展到第五代,第六代技術也呼之欲出,它的各項標準正在緊鑼密鼓地制定中。相比于前五代技術,第六代移動通信在信號覆蓋方面,將不僅僅依賴于地面基站,同時還會使用到衛星,也就是我們所說的 “天地一體化”。未來通信技術的發展趨勢將推動 RF 系統實現更寬帶寬、更高性能、更低功耗,同時提高頻率范圍且尺寸小型化的力量越來越強大。
當前衛星通信設備需求日益遞增,加上體積成本和功耗方面的原因,傳統的衛星通信設備已然不能滿足要求,需要成本更低,體積更小,功耗更低的設備來替代。本文將從傳統方案和現代小型化方案兩個方面加以闡述,為大家介紹 ADI 最新集成化方案。
傳統超外差接收與發射方案
傳統超外差接收與發射方案,可以提供很高的指標 (如 IP3 OP3、P1dB、隔離等),但同時也帶來了更高的成本功耗以及較大的尺寸,不利于大范圍高密度部署。傳統超外差收發系統,如下圖 (圖1) 所示:
圖1 傳統超外差收發系統
傳統方案的具體通信鏈路,如下圖 (圖2) 所示:
圖2 傳統超外差接收和發射信號鏈
ADI 集成化方案
隨著軟件無線電技術的發展,無線通信系統更加集成化、小型化。ADI 研發出獨有的第一代 Transceiver 芯片 AD936X 系列,和更高帶寬的第二代 AD937X 系列,以及能支持 5G 的第三代 ADRV900X 和 ADRV902X 系列。不僅如此,第一代產品還新開發了升級版 ADRV9002/3/4 系列,提升工藝性能的同時還能降低了功耗。
KA 頻段衛星通信解決方案
ADI Transceiver 完美解決了 Sub-6G 的通信問題,當然 6G 以上乃至更高的衛星頻段,ADI 同樣有非常集成化的解決方案。以 Transceiver 為基礎可以向上擴頻到 X, KA .KU 頻段,以下先講解 KA 頻段衛星通信解決方案。采用 AD9371 的接收機和發射機衛星通信系統,如下圖 (圖3) 所示,整個方案 Sub-6G 模塊可以固定,只需要切換射頻前端就能實現不同頻段的擴頻通信。
圖3 采用 AD9371 的接收機和發射機衛星通信系統
ADI 通過不斷創新研發,推出了一系列集成本振的射頻前端變頻模組,比如 RX: ADMV4420、TX: ADMV4530 (KA 頻段),以及最新的 KU 頻段的 (TX) ADMV4630 和 (RX) ADMV4640。它們進一步簡化了射頻前端的設計難度,同時降低了功耗和成本。
(TX) ADMV4630 的基本指標參數
IF to Ku band upconverter with integrated PLL
RF output frequency range: 14.0GHz to 14.5GHz
Internal LO frequency range: 8.7GHz to 10.7GHz
IF input frequency range: 3GHz to 5GHz
Noise floor density: 140 dBm/Hz
Matched 50? single-ended RF output and IF input
On-chip power detector
On-chip ADC
Provides transmitter synthesizer lock detect
Programmable at 20MHz via 4-wire SPI interface
Transmitter mute function
40-lead, 6mm × 6mm LFCSP package
ADMV4630 原理框架,如下圖 (圖4) 所示:
圖4ADMV4630 原理框圖
(RX) ADMV4640的基本指標參數
X/Ku band to IF downconverter with integrated PLL
RF input frequency range: 10.7GHz to 12.7GHz
Internal LO frequency range: 8.7GHz to 10.7GHz
IF output frequency range: 1.4GHz to 2.2GHz
Noise figure: 5.2dB, minimum attenuation, LNA low gain mode
Matched, 50?, single-ended RF input and IF output
On-chip temperature sensor
On-chip ADC
Receiver synthesizer lock detect pin
Programmable at 20MHz via 4-wire SPI interface
Receiver standby function
40-lead, 6mm × 6mm LFCSP package
ADMV4640 原理框架,如下圖 (圖5) 所示:
圖5ADMV4640 原理框圖
KU 波段小型化通信系統方案
變頻產生的交調、互調,以及本振泄露等無用或干擾信號,在最終信號處理之前都需要被濾除,否則將對通信系統產生災難性的后果。針對這個問題 ADI 研發出可調諧帶通濾波器如 ADMV8526 和 HMC892A,相比于傳統陶瓷和腔體濾波器,它擁有更加靈活的配置和中心頻率可變的優點,同時大大減小了尺寸。有了這些集成化的產品,通信系統就能實現小型化。
圖6KU波段小型化通信系統方案
ADMV8526 和 HMC892A 解決了傳統濾波器的體積問題,同時中心頻率可以靈活切換。ADMV8526 原理框架,如下圖 (圖7) 所示:
圖7ADMV8526 原理框圖
ADMV8526 的基本指標參數
Digitally tunable, octave, band-pass tuning
3dB bandwidth: 9% ± 2%
Rejection (20dB): 16% away from fCENTER
Single chip replacement for discrete filter banks
Compact 10mm × 10mm × 1.99mm LGA package
除此之外, ADI 還在電源上極具創新,開發出了業界噪聲最低、PSRR 最好的 LDO 產品 LT3042/3045,進一步提升了 LO 的相位噪聲。與此同時,ADI 開發出了第三代的 Silent Switch 技術,使得 DC/DC 轉換器的性能近乎于 LDO 的指標,進一步簡化了傳統射頻系統供電的電源樹,代表產品為 LT8625S/LT8627S 系列。
圖8LT8625S 輸出噪聲指標
Silent Switcher3 架構
超低 RMS 噪聲 (10Hz 至 100kHz): 4μVRMS
超低散粒噪聲: 4nV/√Hz (10kHz 時)
在任何 PCB 上具有超低 EMI 輻射
內部旁路電容可降低輻射 EMI
高頻高效率
LT8625S 的基本性能參數
具有高增益誤差放大器的超快速瞬態響應
輸入電壓范圍: 2.7V 至 18V
連續輸出電流: 8A (最大值)
最短快速導通時間: 15ns
精密基準電壓源: 整個溫度范圍為 ±0.8% (遠程檢測)
PolyPhase 操作: 最多 12 個相位
強制連續模式能力
可調及可同步頻率范圍: 300kHz 至 4MHz
可編程電源良好
小型 20 引腳 4mm × 3mm LQFN 封裝
總結
本文介紹了傳統超外差接收與發射方案和現代小型化衛星通信方案,ADI 最新集成化方案。隨著技術的不斷發展,ADI 的產品也在不斷進步,為廣大工程師帶來更多更好的解決方案,引領行業不斷向前發展。
欲了解關于 ADI更多產品和方案信息,請與駿龍科技當地的辦事處聯系或直接微信留言,也可以發郵件至inquiry.cytech@macnica.com。
審核編輯 :李倩
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原文標題:小型化衛星通信方案
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