Ventajas de las arquitecturas de muestreo de RF directo

Para entender la arquitectura de RF directa, necesita saber en qué se diferencia de otras arquitecturas de RF.

En una arquitectura heterodina, después de que el receptor recibe la señal a frecuencias de RF, convierte la señal a una frecuencia intermedia inferior (IF) donde se digitaliza, filtra y luego demodula. La Figura 1 muestra un diagrama de bloques del receptor heterodino. Como puede ver, el instrumento tiene un frontal de RF que consiste en un filtro paso banda, amplificador de bajo ruido, mezclador y oscilador local (LO).

^{Figura 1: Este diagrama de bloques del receptor heterodino muestra un instrumento con un frontal de RF que consiste en un filtro paso banda, amplificador de bajo ruido, mezclador y oscilador local.}

Sin embargo, una arquitectura de receptor de muestreo de RF directo consiste en solo un amplificador de bajo ruido, los filtros apropiados y el ADC. El receptor de la Figura 2 no utiliza mezcladores y LO; el ADC digitaliza la señal de RF directamente y la envía a un procesador. En esta arquitectura, puede implementar muchos de los componentes analógicos del receptor en el procesamiento de señales digitales (DSP). Por ejemplo, en lugar de un mezclador, puede usar la conversión digital directa (DDC) para aislar sus señales objetivo. Además, en la mayoría de los casos, puede reemplazar gran parte del filtrado analógico con filtrado digital, excepto los filtros anti-aliasing o de reconstrucción.

Debido a que no se requiere conversión de frecuencia analógica, el diseño general de hardware de un receptor de muestreo de RF directo es mucho más simple, lo que permite factores de forma más pequeños y un menor costo de diseño.

^{Figura 2: Una arquitectura de receptor de muestreo de RF directo puede consistir en solo un amplificador de bajo ruido, los filtros apropiados y el ADC.}

Antes del avance de las tecnologías de conversión en los últimos años, las arquitecturas de muestreo directo no eran prácticas debido a las limitaciones en las tasas de muestreo y resolución del convertidor. Las empresas de semiconductores han podido ampliar la resolución a frecuencias de muestreo más altas utilizando nuevas técnicas para reducir el ruido dentro del convertidor. Con la disponibilidad de convertidores de velocidad mucho más alta que ofrecen una mayor resolución, puede convertir directamente señales de entrada de RF de hasta varios gigahercios.

Esta tasa de conversión permite la digitalización con un ancho de banda instantáneo muy amplio en las bandas L y S. A medida que los convertidores continúen evolucionando, el muestreo directo de RF en otras bandas (como las bandas C y X) probablemente también será viable.

Los principales beneficios del muestreo directo de RF son una cadena de señales de RF más simple, un menor costo por canal y menos densidad de canal. Con menos componentes analógicos, los instrumentos con una arquitectura de RF directa son típicamente más pequeños y más eficientes en energía. Si está construyendo sistemas de alto número de canales, el muestreo directo de RF puede disminuir la huella y el costo de sus sistemas. Esto puede ser especialmente importante cuando se construyen sistemas tales como radares de matriz en fase completamente activos, que forman haces mediante el desplazamiento de fase de las señales emitidas desde hasta cientos o incluso miles de antenas. Con esto muchos generadores y analizadores de señal de RF en el mismo sistema, el tamaño y el costo por canal se convierten en un factor importante.

Además de la reducción de tamaño, peso y potencia (SWaP), la arquitectura simplificada elimina posibles fuentes de ruido, imágenes y otros errores, como fugas de LO y deficiencias en cuadratura, dentro del propio instrumento de RF.

Finalmente, las arquitecturas de muestreo de RF directo también pueden simplificar la sincronización. Por ejemplo, para lograr la coherencia de fase para los sistemas de RF, debe sincronizar la sincronización interna de los instrumentos de RF, así como los LO. En el muestreo directo, que no requiere LO, solo puede centrarse en la sincronización de reloj de los dispositivos. Una vez más, para aplicaciones de radar de matriz en fase que tienen varios receptores de RF que deben ser coherentes en fase, esta puede ser una opción atractiva para simplificar su diseño.

El portafolio de instrumentos de RF de NI incluye muchos tipos de arquitectura de RF; sin embargo, el transceptor FlexRIO IF es el primer instrumento de NI que aprovecha el muestreo directo de RF. A medida que se expande la capacidad de los convertidores de alta velocidad, continuaremos trabajando en estrecha colaboración con los proveedores para proporcionar rápidamente estas tecnologías emergentes a sus clientes.