電子戰(zhàn)和有源相控陣雷達等航空航天和國防應用通常需要使用更高階的奈奎斯特速率帶來尋出更寬頻率的通信。系統(tǒng)ADC不僅需要更大的觀測帶寬，而且系統(tǒng)也推動了對更高全功率帶寬的需求。如果ADC的輸入頻率帶寬足夠高，則可以通過對目標IF信號頻帶進行欠采樣，直接在ADC內下變頻。

更高帶寬的輸入信號和采樣率允許對更寬頻段的信號進行直接RF采樣。這允許減少信號鏈中的整個級，從而降低系統(tǒng)功耗并簡化操作。下一代GSPS ADC允許GHz采樣到第3和第4奈奎斯特頻段，同時還能夠獲得小信號檢測所需的動態(tài)范圍。寬帶ADC還提供更高的動態(tài)范圍，允許系統(tǒng)將本底噪聲移低，以破譯本來會隱藏在噪聲中的較弱功率信號。

對于從采樣數(shù)據(jù)完美重建原始信號的系統(tǒng)，奈奎斯特-香農(nóng)采樣定理表明采樣速率必須是目標信號帶寬的兩倍;與采樣速率明顯不同，采樣速率是最大中頻頻率分量的兩倍。ADC欠采樣是使用采樣頻率的技術，采樣頻率小于信號頻段中最大頻率分量的兩倍。目標信號帶寬必須仍在單個奈奎斯特速率或ADC采樣速率的一半以內。這種技術也可以稱為諧波采樣、帶通采樣或超奈奎斯特采樣。

為了保持奈奎斯特-香農(nóng)采樣定理，使用帶寬作為目標信號帶寬，則采樣頻率為Fs需要> 2 BW。目標信號帶寬可以在直流至帶寬之間或從x到y(tǒng)之間，其中帶寬為y – x。只要目標帶寬不與ADC的奈奎斯特頻段重疊，奈奎斯特頻段是采樣速率的一半（Fs），欠采樣可以適用于ADC的更高信號頻段，這些ADC相對于其各自的采樣速率具有高全功率帶寬（FPBW），如圖1所示。

圖1.寬ADC全功率帶寬允許使用高階奈奎斯特頻段。必須對未使用的奈奎斯特區(qū)進行帶通濾波，以消除可能折回第一奈奎斯特并影響動態(tài)范圍的不需要的信號能量。

保密是軍事行動的一個重要方面。為了降低攔截或探測的可能性，雷達傳輸?shù)男问胶头龋ㄔ谠S多情況下）被設計為在盡可能寬的頻率范圍內傳播能量。低攔截概率（LPI）和低探測概率（LPD）是具有某些性能特征的雷達系統(tǒng)類別，這使得當今的現(xiàn)代攔截接收器幾乎無法檢測到它們。LPI 功能可防止雷達從報警系統(tǒng)或無源雷達探測設備上跳閘。

為了提供抗干擾能力，可以通過智能隨機化雷達脈沖并在寬帶上擴展來構建系統(tǒng)，因此在任何一個頻段上只有一個非常小的信號，這稱為直接序列擴頻（DSSS），如圖2所示。跳頻擴頻（FHSS）還提供了一些針對全頻段干擾的保護。在這些情況下，寬傳輸信號消耗的帶寬超過了目標原始信號實際需要的帶寬。因此，需要更寬的接收器帶寬和更高的動態(tài)范圍來繼續(xù)提高系統(tǒng)功能。

圖2.直接序列擴頻系統(tǒng)需要寬接收器帶寬和高動態(tài)范圍，因為目標信號頻帶采用偽隨機噪聲（PN）調制，以將通信推入本底噪聲。

LPI系統(tǒng)成功的最重要因素之一是使用盡可能寬的信號傳輸帶寬將復雜波形偽裝成噪聲。相反，這為試圖檢測和破譯這些寬帶信號的攔截接收機系統(tǒng)帶來了更高階的挑戰(zhàn)。因此，雖然這為LPI和LPD帶來了改進，但它也增加了雷達收發(fā)器的復雜性，因為它要求系統(tǒng)可以一次捕獲整個傳輸帶寬。ADC能夠同時數(shù)字化500 MHz和1000 MHz，并在單個奈奎斯特頻段內實現(xiàn)更大的頻譜帶寬，并具有高動態(tài)范圍，這有助于提供應對這一系統(tǒng)挑戰(zhàn)的方法。將這些頻段的頻率移到ADC的第一奈奎斯特之外可能更有價值。

當今的寬帶ADC在欠采樣工作模式下為多個寬奈奎斯特頻段提供了系統(tǒng)潛力。然而，使用高階ADC奈奎斯特頻段進行采樣需要嚴格的前端抗混疊濾波和頻率規(guī)劃，以防止頻譜能量泄漏到其他奈奎斯特區(qū)。它還確保不需要的諧波和其他低頻信號在折疊到第一奈奎斯特后不會落入目標頻帶。ADC上游的帶通濾波器（BPF）必須設計為濾除不接近標稱目標帶寬的無用信號和噪聲。AD9234、AD9680和AD9625等新型GSPS ADC在寬輸入帶寬內提供多個奈奎斯特頻段采樣和高動態(tài)范圍。

由于直接采樣技術將來自每個區(qū)域的信號能量折疊回第一奈奎斯特，因此無法準確區(qū)分內容頻率的來源。因此，流氓能量可能出現(xiàn)在第一奈奎斯特區(qū)，這將降低信噪比（SNR）和無雜散動態(tài)范圍（SFDR）。光譜問題有可能困擾政府和軍事應用，包括通信和傳感。

用于軍事通信的數(shù)字無線電收發(fā)器是使用高速ADC和DAC的另一個例子，它們有可能取代傳統(tǒng)的基帶混頻器級。該架構有幾個優(yōu)點，因為可以在數(shù)字域中完成嚴格的濾波和相鄰通道抑制，以實現(xiàn)基帶轉換。

直接射頻采樣為雷達射頻前端設計提供了幾個優(yōu)勢。首先，當可以消除整個下變頻級時，它可以減少元件數(shù)量，如圖3所示。它還消除了設計混頻芯片以適應獨特定制頻率計劃的需要。其次，它可以簡化下一代接收器的設計，以應對隨著雷達系統(tǒng)的現(xiàn)代化和更新而可用的未來信號帶寬。使用新的載波頻率可能需要的只是選擇合適的采樣率并加入適當?shù)膸V波器。第三，在給定不同的采樣速率的情況下，可以使單個RF前端適用于多個頻段。這種多頻雷達接收機前端設計方法消除了對多個前端的需求。

圖3.欠采樣技術可能會消除下變頻級，因為更高的輸入頻段直接提供給RF采樣ADC。

當前一代ADC現(xiàn)在提供多個內部數(shù)字下變頻（DDC）處理模塊，用于通信的窄帶檢測。每個DDC都可以應用自己的抽取率和數(shù)控振蕩器來調諧奈奎斯特頻段內的位置。處理增益可以在較窄的帶寬內實現(xiàn)，該帶寬以數(shù)字方式濾除帶外噪聲。這減少了所需的ADC輸出數(shù)據(jù)，并最大限度地降低了FPGA和DSP的處理復雜性。但是，額外的通道選擇器信號處理也可以在ADC下游完成。

寬帶通信和傳感系統(tǒng)需要極高速的數(shù)據(jù)轉換器。AD9234、AD9680和AD9625等先進的GSPS ADC不僅提供高采樣速率和更寬的瞬時帶寬，而且還能夠以高于第一奈奎斯特的高動態(tài)范圍對高頻輸入進行采樣。在高帶寬下使用的單個直接RF采樣ADC有可能取代混頻器、LO頻率合成器、放大器和濾波器的整個IF采樣或零IF采樣子系統(tǒng)，同時實現(xiàn)更大的靈活性。這可以顯著降低系統(tǒng)物料清單 （BOM） 成本、設計時間、電路板尺寸、重量和功耗。

審核編輯：郭婷