在大型數(shù)字波束合成天線中，人們非常希望通過組合來自分布式波形發(fā)生器和接收器的信號(hào)這一波束合成過程改善動(dòng)態(tài)范圍。如果關(guān)聯(lián)誤差項(xiàng)不相關(guān)，則可以在噪聲和雜散性能方面使動(dòng)態(tài)范圍提升10logN。這里的N是波形發(fā)生器或接收器通道的數(shù)量。噪聲在本質(zhì)上是一個(gè)非常隨機(jī)的過程，因此非常適合跟蹤相關(guān)和不相關(guān)的噪聲源。然而，雜散信號(hào)的存在增加了強(qiáng)制雜散去相關(guān)的難度。因此，可以強(qiáng)制雜散信號(hào)去相關(guān)的任何設(shè)計(jì)方法對(duì)相控陣系統(tǒng)架構(gòu)都是有價(jià)值的。

在本文中，我們將回顧以前發(fā)布的技術(shù)，這些技術(shù)通過偏移LO頻率并以數(shù)字方式補(bǔ)償此偏移，強(qiáng)制雜散信號(hào)去相關(guān)。

已知雜散去相關(guān)方法

在相控陣中，用于強(qiáng)制雜散去相關(guān)的各種方法問世已有些時(shí)日。已知的第一份文獻(xiàn)1可以追溯到2002年，該文描述了用于確保接收器雜散不相關(guān)的一種通用方法。在這種方法中，先以已知方式，修改從接收器到接收器的信號(hào)。然后，接收器的非線性分量使信號(hào)失真。在接收器輸出端，將剛才在接收器中引入的修改反轉(zhuǎn)。目標(biāo)信號(hào)變得相干或相關(guān)，但不會(huì)恢復(fù)失真項(xiàng)。在測(cè)試中實(shí)現(xiàn)的修改方法是將每個(gè)本振(LO)頻率合成器設(shè)置為不同的頻率，然后在數(shù)字處理過程中以數(shù)字方式調(diào)諧數(shù)控振蕩器(NCO)，以校正修改。

圖1所示為ADI公司收發(fā)器ADRV9009的功能框圖。

每個(gè)波形發(fā)生器或接收器都是用直接變頻架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。Daniel Rabinkin的文章《前端非線性失真與陣列波形合成》詳細(xì)地討論 了各種直接變頻架構(gòu)。4 LO頻率可以獨(dú)立編程到各IC上。數(shù)字處理部分包括數(shù)字上/下變頻，其NCO也可跨IC獨(dú)立編程。Peter Delos的文章《寬帶射頻接收器架構(gòu)的選項(xiàng)》對(duì)數(shù)字下變頻進(jìn)行了進(jìn)一步的描述。

接下來，我們將展示一種方法，可以用于在多個(gè)收發(fā)器上強(qiáng)制雜散去相關(guān)。首先，通過編程板載鎖相環(huán)(PLL)偏移LO的頻率。然后，設(shè)置NCO的頻率，以數(shù)字化補(bǔ)償施加的LO頻率偏移。通過調(diào)整收發(fā)器IC內(nèi)部的兩個(gè)特性，進(jìn)出收發(fā)器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)不必在頻率上偏移，整個(gè)頻率轉(zhuǎn)換和寄生去相關(guān)功能都內(nèi)置在收發(fā)器IC中。

圖2所示為具有代表性的波形發(fā)生器陣列功能框圖。

為了從頻率角度說明概念，圖3展示了一個(gè)帶有來自直接變頻架構(gòu)的兩個(gè)發(fā)送信號(hào)的示例。在這些示例中，射頻位于LO的高端。在直接變頻架構(gòu)中，鏡像頻率和三次諧波出現(xiàn)在LO的相對(duì)側(cè)，并顯示在LO頻率下方。當(dāng)將不同通道的LO頻率設(shè)置為相同的頻率時(shí)，雜散頻率也處于相同的頻率，如圖3a所示。圖3b所示為LO2的設(shè)置頻率高于LO1的情況。數(shù)字NCO同等地偏移，使RF信號(hào)實(shí)現(xiàn)相干增益。鏡像和三次諧波失真積處于不同的頻率，因此不相關(guān)。圖3c所示為與圖3b相同的配置，只是RF載波添加了調(diào)制。

圖3. 用頻率顯示雜散信號(hào)的光譜示例。三個(gè)示例：(a) 無雜散去相關(guān)的兩個(gè)組合CW信號(hào)；(b) 強(qiáng)制雜散去相關(guān)的兩個(gè)組合CW信號(hào)；以及 (c) 強(qiáng)制雜散去相關(guān)的兩個(gè)組合調(diào)制信號(hào)。

測(cè)量結(jié)果

組裝了一個(gè)基于收發(fā)器的8通道射頻測(cè)試臺(tái)，用于評(píng)估相控陣應(yīng)用的收發(fā)器產(chǎn)品線。評(píng)估波形發(fā)生器的測(cè)試設(shè)置如圖4所示。在該測(cè)試中，將相同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用于所有波形發(fā)生器。通過調(diào)整NCO相位實(shí)施跨通道校準(zhǔn)，以確保射頻信號(hào)在8路組合器處同相并且相干地組合。

圖4. 波形發(fā)生器雜散測(cè)試設(shè)置。

接下來，我們將展示測(cè)試數(shù)據(jù)，比較以下兩種情況下的雜散性能：一是將LO和NCO都設(shè)為相同的頻率；二是偏移LO和NCO的頻率。所使用的收發(fā)器在一個(gè)雙通道器件內(nèi)共用一個(gè)LO（見圖1），因此對(duì)于8個(gè)射頻通道來說，共有4個(gè)不同的LO頻率。