直接 RF 取樣架構優勢

要了解直接的 RF 架構,您需要了解其與其他 RF 架構的差別。

在異質架構中,接收儀在 RF 頻率接收訊號之後,會將訊號降轉為較低的中頻 (IF),並且進行數位化、濾波,並進行解調。圖 1 為異質接收儀方塊圖。您可以看到，儀器具有 RF 前端，其中包含帶通濾波器、低雜訊放大器、混合器與局部震盪器 (LO)。

^{圖 1：此外差式接收儀方塊圖顯示的儀器具有 RF 前端，其中包含帶通濾波器、低雜訊放大器、混合器與局部震盪器。}

不過,直接的 RF 取樣接收儀架構只包含低雜訊放大器、合適的濾波器與 ADC。圖 2 的接收儀不使用混合器與 LO;ADC 會直接將 RF 訊號數位化,並將訊號傳送至處理器。在此架構中,您可在數位訊號處理 (DSP) 中執行多個接收儀的類比元件。舉例來說,您可以使用直接數位轉換 (DDC) 來隔離目標訊號,而非混合器。此外,除反失真或重建濾波器之外,多數情況都可透過數位濾波取代類比濾波。

由於無需進行類比頻率轉換,直接 RF 取樣接收儀的整體硬體設計就更為簡單,因此能減少機身尺寸並降低設計成本。

^{圖 2：直接 RF 取樣接收儀架構可以只包含低雜訊放大器、合適的濾波器與 ADC。}

在近年轉換器技術發展之前,由於轉換器取樣率與解析度的限制,直接取樣架構並不切實際。半導體公司運用新技術降低轉換器內部的雜訊,以更高的取樣頻率擴充解析度。由於提供解析度更高的速度轉換器,您可以直接轉換高達數 Gigahertz 的 RF 輸入訊號。

這樣的轉換率支援 L 與 S 頻帶提供極大的瞬間頻寬。隨著轉換器持續演進,在其他頻帶 (例如 C 頻帶與 X 頻帶) 進行直接 RF 取樣也將可行。

直接 RF 取樣的主要優勢在於簡化 RF 訊號鏈、降低每通道成本,以及降低通道密度。採用直接 RF 架構的儀器的類比元件越少,體積也越小巧,功率效率也越高。若您正在建立高通道數的系統,則直接 RF 取樣可降低系統的體積與成本。當建置完全主動式相位陣列雷達等系統時,這一點會特別重要,因為這些系統會透過相位移轉從數百或數千個天線發出的訊號,形成光束。由於系統中有多組 RF 訊號產生器和分析儀,因此,每個通道的尺寸和成本也變得格外重要。

除了減少體積、重量與功率 (SWaP) 之外,簡化的架構還可移除 RF 儀器內部的雜訊、影像與其他潛在誤差來源,例如 LO 洩漏與正交減損。

最後,直接的 RF 取樣架構也能簡化同步化作業。舉例來說,若要達到 RF 系統的相位同調,就必須同步 RF 儀器的內部時脈與 LO。直接取樣不需要 LO,因此您只能專注於裝置的時脈同步化。同樣地,針對具有數個必須相位同調的 RF 接收儀的相位陣列雷達應用,這可能是簡化設計的理想選擇。

NI RF 儀器系列涵蓋許多 RF 架構類型;不過,FlexRIO IF 收發儀是第一款利用直接 RF 取樣功能的 NI 儀器。隨著高速轉換器的功能不斷擴大,我們將繼續與廠商密切合作,以迅速為其客戶提供這些新興技術。