Herconfigureerbaar RF-ontwerp voor luchtvaartmissiesystemen: Hoge-bandbreedte kanaalisatie en integratie

Met de ontwikkeling van micro-elektronica en bandbreedte apparaattechnologie die digitalisering voorwaarts duwt, zal RF-integratie een hoger niveau bereiken met bredere bandbreedte en geleidelijke reductie in termen van volume, gewicht en kosten. Bovendien zullen gerevolutionaire veranderingen plaatsvinden op systeemhardwareconfiguratie en geïntegreerde structuur en hardwaregeneralizatie zal een onvermijdelijke trend zijn. Door luchtvaartmissiesysteemintegratie en miniatuurisatieontwerp, kunnen antennes van alle systemen worden samengevat of gereconstrueerd in antenne met een laag aantal volgens frequentieband en functies. Bovendien wordt uitgebreide verwerking uitgevoerd op antenne, analoog circuit, besturingscircuit, digitaal circuit en verbindingsnetwerk zodat een RF-transceiversysteem kan worden gecreëerd met wijd frequentiespectrum, meerdere kanalen en zelfadaptiviteit. Het doel van geïntegreerde RF ligt in reductie van kosten, gewicht en volume zodat gebruikers de kosten acceptabel zullen achten met zowel praktische toepasbaarheid als betrouwbaarheid omhoog gaand. Gebaseerd op experimenten, bewijst het dat MTBCF (Mean Time Between Critical Failures) van geïntegreerde systemen kan worden verhoogd met twee keer door middelen van gemeenschap, modules, resource sharing, testbaarheid en reconstructie om de boven besproken doelen te realiseren.

Ontwerpanalyse van Geïntegreerde RF

Vanwege een reeks beperkingen van onroerend goed op poort, gewicht, ruimte en voeding, wordt integratieontwerp toegepast door luchtvaartmissiesystemen om middelen met vergelijkbare functies te integreren en te delen. Als resultaat, bij het garanderen van de implementaties van systeemfunctionele indexen, zullen doelen gerealiseerd worden waaronder lichtgewicht, miniatuurisatie en laag stroomverbruik zodat compatibel met vereiste van vliegtuigmontage.

1. Vanaf het punt van systeembeperking, tellen antennes op alle sensoren en transceiversysteem voor het merendeel van het hele systeem in termen van licht, onroerend goed en stroomverbruik, verantwoordelijk voor signaalemissie en signaalperceptie. Om aan alle boven besproken eisen te voldoen, is het noodzakelijk om geïntegreerd RF-systeemontwerp uit te voeren:
2. Vanaf het punt van systeemcapaciteit, roept snelle feedback in overeenstemming met militaire eisen zo'n hoge functionele flexibiliteit op dat nieuwe functies kunnen worden toegevoegd met een lage kosten tijdens een korte tijd om snelle systeemupgrading en functie-uitbreiding te bereiken.
3. Vanaf het punt van apparatuurconfiguratieverbetering, is het effectief om geïntegreerd ontwerp, digitale verzameling en informatiedeling te implementeren.
4. Vanaf het punt van platformflexibiliteit, leidt toepassing van geïntegreerd RF-ontwerp luchtvaartdrager om te voldoen aan vereiste betreffende montageadaptabiliteit door gewichtsreductie en energisering. Bovendien kan een reeks kwesties met succes worden opgelost zoals blokkering, elektromagnetische interferentie en reflectiegebied toename als resultaat van toename van antennetelling.

Kenmerken van Geïntegreerde RF

Om compatibel te zijn met beperkte middelen op platform en de eis van militaire operatie te voldoen, wordt een open configuratie toegepast in luchtvaartmissiesysteem met basismodule bijdragend aan het hele systeem. Geïntegreerd RF-ontwerp combineert radar detectie, passieve detectie, communicatie/data keten en IFF (Identification Friend or Foe) zodat een geïntegreerd elektronisch apparaat kan worden gegenereerd met meerdere spectra, meerdere middelen en zelfadaptiviteit.

Kenmerken van geïntegreerde RF omvatten:

• Open RF-constructie;
• Volledige verlichaming van digitalisering, modularisatie, generalisatie en standaardisatie;
• In staat om robuust en fout-tolerant te zijn;
• Vermogen van secundaire ontwikkeling;
• Hoge betrouwbaarheid, toegang tot ondersteuning, uitbreidbaarheid, lichtgewicht en lage kosten etc.

Elementen in Geïntegreerde RF-ontwerp

• Ontwerpelementen van Radio-ontvangstintegratie

Radio-ontvangstintegratie verwijst naar het proces waarbij verschillende missiesystemen gemeenschappelijk een RF-ingangskanaal delen en hun eigen signaalontvangstfunctie bereiken. Functies van ontvangtskanaal eisen dat RF-signalen ontvangen door ontvangstantennes worden versterkt, gefilterd, frequentie geconverteerd, gedigitaliseerd en signaal voorverwerkt en ze worden uitgevoerd naar geïntegreerde kernverwerker voor signaalverwerking en dataverwerking. Een van de signalen vereist mogelijk meerdere ontvangtskanaal die samen moeten werken met prestatie-eisen waaronder delen netwerk overname, lage ruisversterking, kanaalwinst, AGC, dynamisch bereik, kanaalbandbreedte en kanaalbalans.

De volgende elementen moeten in overweging worden genomen betreffende radio-ontvangstintegratie:

• Werksfrequentie;
• Transiente bandbreedte van ontvangtskanaal;
• Transiente dynamiek van ontvangssignalen;
• Gevoeligheid van ontvangssignalen;
• Uitgangsbandbreedte groter dan de algehele bandbreedte wanneer alle missies dezelfde kanaal vasthouden.

• Ontwerpelementen van RF-emissieintegratie

RF-emissieintegratie drijft verschillende missiesystemen om gemeenschappelijk RF-uitgangskanaal te delen om hun eigen signaalemissiefuncties te voltooien. Emissiekanaal bieden bijbehorende signaalgolfvorm, modulatie, frequentieconversie, aansturing versterking en vermogensuitgang die naar antennes gezonden zullen worden. De leidende prestatie ligt in signaalgolfvorm, signaalstabiliteit, kanaalwinst, dynamisch bereik, uitgangsvermogen en uitgangsspectrumzuiverheid.

De volgende elementen moeten in overweging worden genomen betreffende RF-emissieintegratie:

• Werksfrequentie;
• Transiente bandbreedte van emissiekanaal;
• SFDR (Spurious Free Dynamic Range) van uitgezonden signalen;
• Frequentie van uitgezonden signalen;
• Uitgaande signaalgolfvorm.

Bovenstaande elementen moeten worden gewaarborgd door geïntegreerde RF-emissie. Verschillend van radio-ontvangstintegratie die in staat is signalen tegelijkertijd te ontvangen, zijn er nog steeds enkele kwesties beschikbaar op gelijktijdige emissie, wat met name voorkomt bij bandbreedte golfvorm. De sleutelkwestie ligt in het feit dat multi-bron gemeenschappelijke emissie hoge eisen stelt aan lineariteit van vermogensversterker.

Ontwerpmethoden van Geïntegreerde RF

• Ontwerpmethode van Antenne-apertuurintegratie

Geïntegreerde antenne of antenne-array is een cruciale fysieke component die bijdraagt aan luchtvaartmissiesysteem en implementeert conversie tussen ruimte elektrisch RF-energie en hoge-frequentie elektrisch RF-energie door subsysteem. Volgens de vereiste in termen van lucht domein, frequentiedomein, tijddomein en modulatie domein, samen met zijn eigenschappen op functies, werksmodus, werksfrequentiebereik, bedekkend lucht domein, werksperiode, modulatiemodus, polarisatie en luchtvaartadaptabiliteit, moeten alle soorten antennes worden geïntegreerd en geavanceerde technologieën van huidige antenneontwerp moeten zoveel mogelijk worden toegepast zoals super bandbreedte, conformal, miniatuurisatie, gemeenschappelijke apertuur en reconstructie. Optimale ontwerpdoel moet worden bereikt rond index, volume, gewicht en kosten en alle soorten antennes moeten geïntegreerd ontwerp ontvangen met hun functies en frequenties geoptimaliseerd vrijgegeven om uiteindelijk antenne-apertuur te integreren.

1. Geïntegreerd type ontwerp. Met vereiste zoals werksfrequentie, bedekkend lucht domein en polarisatie overwogen, moet antenne met hoge bandbreedte, hoge efficiëntie en hoge winst worden toegepast en antenne of antenne-array moet uniform ontwerp ontvangen met antenneclassificatie vereenvoudigd.
2. Geïntegreerde apertuur ontwerp. Met eis op antenneprestaties voldaan, moet gemeenschappelijke apertuur ontwerp worden uitgevoerd op antenne of antenne-array zoveel mogelijk met een geoptimaliseerd ontwerpdoel op kosten, volume en gewicht. Gebaseerd op overwegingen op antenne werksfrequentie, montagepositie, ruimte grootte & bedekkingsbereik en fundamentele discussieresultaat, wordt gemeenschappelijke apertuur ontwerp geïmplementeerd op antennes met vergelijkbare montageposities zodat meerdere antennes of antenne-array op dezelfde apertuur wordt gerangschikt om antennemontageruimte te verminderen en apertuurgebruiksefficiëntie te verbeteren.
3. Antenne delen ontwerp. Wanneer het gaat om antennes met vergelijkbare indexvereiste in termen van werksfrequentie, polarisatietype, winst en bedekkingsruimte, wordt antenne delen ontwerp uitgevoerd door schakelaar overgang, signaal combiner of splitter en tijdsdelen toepassing om het aantal antennes te minimaliseren.

• RF front-end integratieontwerp

Gebaseerd op hoge-vermogen bandbreedte apparaattechnologie, Microsysteemtechnologie, MEMS (micro electro mechanisch systeem) en gedistribueerde technologie, wordt een geïntegreerd RF-standaardsysteem vastgelegd door generalisatie, digitalisering en modularisatie ontwerp. Bovendien worden algemene RF-transceiverkanaal en hardwareplatform opgezet zodat RF-systeemkanaal compatibel kan zijn met alle spectrum, herconfigureerbaar, gedigitaliseerd en microsysteemgestructureerd.

Volgens algemene ontwikkelingsvereiste van luchtvaartmissiesysteem en zijn structurele definitie, samen met geïntegreerde ontwerpprincipes, bevatten RF front-end integratieontwerpmethoden de volgende aspecten:

1. RF-kanaalisatie. Discreetheid en toewijding van elk functioneel subsysteem moeten worden verbroken en alle RF-systemen ontvangen kanaalisatieontwerp zodat RF-transceiverkanaal alle spectrum compatibel en algemeen geïntegreerd wordt.
2. Resource modularisatie. Alle hardwarebronnen worden ontworpen door vlakke frame, achtervlak en modules compatibel met standaard om uniforme assemblage voeding en thermische afvoeding van hardwarebronmodules te bereiken.
3. Module generalisatie. RF front-end publieke resource modules gaan door generalisatieontwerp, inclusief voedingsmodule, ontvangstmodule, en schakelmodule en generalisatieontwerp wordt geleidelijk geïmplementeerd op multifunctionele voorverwerkingsmodule. Aan de ene kant, helpt generalisatieontwerp van modules bronclassificatie te verminderen. Aan de andere kant, wordt basis vestigd voor functie-backup en reconstructie.
4. Interface standaardisatie. Standaard bus wordt toegepast in RF front-end en sensorennetwerk wordt benaderd door een uniform-ontworpen algemene interfacemodule. Standaardisatie van interfaces is in staat om effectief systeembustype en aantal te verminderen, gunstig voor interconnectie tussen systemen.
5. Resourcebeheer unificatie. Algemene interfacemodule bij RF front-end ontvangt en analyseert uniform resourcebeheereisen van kernverwerker en stuurt ze naar bijbehorende voorverwerkingsmodules en andere modules met uniforme administratie op RF front-end voltooid.

Ontwerpmethoden van Modularisatie

Sensorsectie behorende tot luchtvaartmissiesysteem, inclusief analoog circuit bij RF front-end en digitaal circuit bij RF achterkant, past een open systeemstructuur toe en gebruikt standaard hardwaremodules met verschillende functies en weinig typen die RF front-end module, algemene ontvangstmodule, voorverwerkingsmodule, signaalverwerkingsmodule, multi-frequentie emissiemodule, multi-functie modulator module, antenne-interface-eenheid en matrix schakelaar array bevatten. Die modules kunnen dynamisch worden gecombineerd op basis van eisen op RF-functies van sensoren om functies van verschillende sensoren te realiseren. Ze kunnen worden ontworpen en gefabriceerd op basis van een strenge en uniforme structurele standaarddimensies en worden geïnstalleerd en gebruikt op een standaard installatierame.

Antenna-interface-eenheid voltooit functies van RF-wisselschakelaars, verantwoordelijk voor het zenden van RF-signalen ontvangen door antennes naar RF front-end module. Verbonden met multi-frequentie emitter module, zendt antenne-interface-eenheid RF-signalen die klaar zijn om te worden uitgezonden naar bijbehorende antennes. Antenne-interface-eenheid is in staat om conflicten op te lossen die mogelijk zullen plaatsvinden wanneer transceiver-signalen antenne delen.

RF front-end ontvangstmodule converteert RF-signalen in standaard middelfrequentie en middelfrequentie schakelaar transmitteert middelfrequentie signalen uitgevoerd door RF front-end ontvangstmodule naar algemene ontvangstmodule, middelfrequentie modulatie signalen gegenereerd door multi-functionele modulator naar bijbehorende emitter module. Middelfrequentie schakelaars zijn verantwoordelijk voor het oplossen van conflicten die kunnen worden gecreëerd wanneer transceiver middelfrequentie signalen algemene ontvangstmodule en multi-functionele modulator module delen.

Middelfrequentie signalen worden getransmitteerd naar signaalvoorverwerker nadat ze worden verwerkt door algemene ontvangstmodule inclusief bandpasfilter, A/D conversie, en DDC (Digital Down Conversion). Signaalvoorverwerker voert matched filtering uit op signalen na algemene ontvangstmodule digitalisering met basibandsignaal's fasetransformatie, pulsopvanging en digitale despreading voltooid. Bovendien deelt het ook deel van verwerkingswerk van signaalverwerkers en digitale signalen na voorverwerking worden getransmitteerd naar signaalverwerkingsmodule. In het emissieproces, zendt signaalvoorverwerker basibandsignalen naar multi-functie modulator na implementatie van digitale spread spectrum en pulsvorming.

Signaalverwerkingsmodule is verantwoordelijk voor signaalverwerking van alle sensorenfuncties, inclusief demodulatie, kanaal zelfadaptieve balans, foutcorrecterende codering en decodering en encryptie en decryptie.

Ontwerpmethoden van Kanaalisatie

Als meerdere kanalen samen of onafhankelijk werken bij geïntegreerde RF front-end en een bepaalde signaalgolfvorm wordt verwerkt, kunnen alle hardwaremodulebronnen binnen digitale conversienetwerk worden gecombineerd om een hardware draad te creëren die signaalgolfvormverwerking ondersteunt. Geïntegreerde RF front-end is in staat om meerdere hardware draden te ondersteunen die uniform of onafhankelijk kunnen werken in conformiteit met antennescannerstrategie of signaalverwerkingsprocedure. Als resultaat, is RF front-end van het systeem in staat om meerdere signalen met meerdere functies te verwerken gebasseerd op systeeminformatieverwerkingsvraag. Redundante kanalen zijn nog steeds beschikbaar in kanalen van RF, tuning en middelfrequentie zodat alle kanalen worden gehandhaafd als backups met elkaar om betrouwbaarheid van het systeem te verhogen. Als er iets mis is met sommige signaalkanalen die niet in staat zijn om parallelle verwerking van meerdere signalen volledig te ondersteunen, kunnen verschillende parallelle of tijdsdelen verwerkingsdraden worden gevormd volgens systeemwerksmodus en signaalverwerkingsprioriteit.

Zoals aangegeven in Figuur 1, zijn talrijke parallelle kanalen van meerdere signalen beschikbaar in RF front-end, die kunnen worden geschakeld of in een parallelle manier werken door systeemcontrole. Tuning ontvangtskanaal haalt allerlei relatief zuivere signalen op die dan in middelfrequentie vallen door frequentieconversie. Alle signalen kunnen redelijk worden verdeeld in sommige publieke middelfrequentie kanalen met frequentiedelen of tijdsdelen methoden en worden verwerkt in multi-functie digitale ontvanger na selectie en combinatie door schakelaar array. Het systeem past geïntegreerde frequentie-integrator toe met eigenschappen van breed band, multi-punt frequentie, snelle wendbaarheid en combinatie-uitgang.

Ontwerpmethoden van Microsysteemtechnologie

Microsystemen integreren componenten zoals sensoren, uitleescircuits, digitaal signaalverwerker, AD/DA, transceiver-componenten en voedingen binnen micrometerbereik zodat volume en stroomverbruik drastisch kunnen worden verminderd van systeem en configuratie. Configuratie van RF-transceiverkanaal microsysteem, apparaat en componenten met toepassing van 3S (Sop, Sip, Soc) technologie leidt tot cruciale ontwikkeling van wijd frequentieband.

Toonaangevende Technologieën

• Geïntegreerde Ontwerptechnologieën van Systeem

Geïntegreerde ontwerptechnologie van systeem speelt een potentiële rol in het bereiken van missiesysteemintegratie, het optimale benutten van allerlei elektronische apparatefficiëntie en het garanderen van geïntegreerde militaire capaciteiten. Gecentreerd op het perspectief van systemen, moet integratie worden geïmplementeerd op zijn samenstelling, constructie, functies en interconnectiemethode zodat integratieontwerp van missiesysteem kan worden geoptimaliseerd. Conform militaire missies en missievereiste, is missiesysteemintegratieontwerp verantwoordelijk voor het definiëren, analyseren, ontwerpen, testen en evalueren van het hele systeem om missiesysteem te drijven compatibel te zijn met missievereiste in termen van functies, prestaties, betrouwbaarheid, onderhoudbaarheid, ondersteunbaarheid en levenscycluskosten. Systeemontwerpers moeten deelnemen aan planning en onderzoek in overeenstemming met industrie conformal, langdurige en fundamentele projecten.

• Open Systeem Constructie Ontwerptechnologie

Open systeemconstructie is gunstig voor vorming van gedistribueerde systemen, biedt gemak voor interconnectie en interoperatie tussen hardware van verschillende fabrikanten, computers met gevarieerde typenummers of anderen. Het is gemakkelijk voor hardware en software transplantatie en uitbreiding en expansie van systeemfuncties. Ook helpt het het onderzoek en ontwikkelingsperk te verkleinen omdat het systeem's vluchtige schaal ondersteunt.

De sleutel tot de implementatie van open systeemconstructie ligt in allerlei standaardinterfacefabricage en conformiteit zodat dezelfde standaard en regelgeving kunnen worden gevolgd door verschillende productontwikkelings- en fabricage-eenheid. Naast hardware, is software ook betrokken bij open systeemconstructie, nog steeds een significante rol speelend in software open systeem, herbruikbaarheid en vluchtige schaal. Bovendien wordt het beschouwd als een belangrijke maatregel om systeemlevenscycluskosten en ontwikkelingsperiode te verminderen. Een nieuwe versie van geïntegreerd missiesysteemsoftware moet conformeren aan uniforme standaard en regelgeving en sommige eigenschappen van software, inclusief herbruikbaarheid, standaardisatie, intellectualisatie, transplantatie en betrouwbaarheid, moeten worden opgenomen onder karakteristieke parameters van representatieve softwaretechnologie.

• Antenne-apertuur Integriteits Ontwerptechnologie

Als een essentieel deel van luchtvaartmissiesysteem, is antenne of antenne-array verantwoordelijk voor het uitzenden en ontvangen van talloze radiosignalen. Vanwege een groot aantal systeemsamestellingen, stijgen eisen naar antennetypes en hoeveelheid en verschillende eisen zijn beschikbaar in termen van werksfrequentiebereik, polarisatiemodus, winst en bedekkende lucht ruimte. Bovendien, vanwege de beperking van luchtvaartplatformruimte en installatieposities van antenne, wordt systeemantennelayout ruw, wat een strenge eis achterlaat voor antennereductie.

Om moeilijkheid van systeemantennelayout te verlagen, moet antenne of antenne-array integriteitsontwerp worden uitgevoerd na eisen zijn voldaan op antenne in compatibel met functies. Alle antennes moeten worden geïntegreerd en gedeeld om ze front-end van delende sensoren te maken zodat antenne-apertuur kan worden toegepast in een integrerende manier. Bovendien, om EMC (Elektromagnetische Compatibiliteit) tussen functies te garanderen als het systeem werkt, moet geoptimaliseerd ontwerp worden genomen op antennelayout in het systeem om het effect op antenneprestaties en wederzijds effect tussen antennes te minimaliseren.

• CIP Technologie

CIP met een hoge-niveau integratie in het systeem combineert meerdere geavanceerde technologieën en veel computing, verwerking, controle en administratiefuncties worden binnen het voltooid. CIP is verantwoordelijk voor geïntegreerde verwerking, datafusie, missiecomputing, video-informatiegeneratie, navigatiecomputing, opslagbeheer, elektronische backup en verdedigingsbeheer, communicatiebeheer, systeemcontrole en falen monitoring, inspectie en reconstructie van sensorinvoerdata. Veel significante kenmerken van een nieuwe versie van missiesysteem zijn betrokken bij CIP dat technisch het optimale gebruik maakt van eigenschappen van gemeenschappelijke module, parallelle verwerkingssysteem en gedistribueerde real-time besturingssysteem, verwerkt bronnen met delen kern en verbetert prestaties en betrouwbaarheid om aan eisen van luchtvaartverwerkingscapaciteit en snelle ontwikkeling van rekencapaciteit te voldoen.

• Breedband Configureerbare RF Kanaal Digitaliseringstechnologie

Luchtvaartmissiesysteem dekt een wijd frequentiebereik, talrijke typen van signalemodulatiemethoden en signaalformaten en signaalniveaus met wijd verschillen. Apparaten in traditionele hardware dichtheid communicatiesysteem hebben een gecompliceerde interconnectierelatie, hoge kosten, een hoog niveau van upgraden overdrachtsmoeilijkheid en moeilijke interconnectie tussen systemen. Daarom is het nodig om te vertrouwen op software radio en RF-samplingtechnologie, om digitalisering voorwaarts te duwen en RF front-end verwerkingskanaal te verminderen en functie-hergebruik van digitaal signaalverwerking achterkant te verhogen om sommige integratiekwesties op te lossen betreffende meerdere functies, wijd bereik van frequentie en meerdere modulatiemethoden van het systeem. Plus, toepassing van modulair hardware en software brengt gemak tot systeemontwerp en de introductie van nieuwe technologieën zodat prestaties zullen verbeteren, kosten en tijd verminderd.

Nuttige bronnen

• Teugels en Oplossingen in RF PCB-ontwerp
• Flyback Voedingmodule Circuitontwerp voor RFID Lezer
• Richtlijnen voor RF en Microwave PCB-ontwerp
• Volledige PCB-fabricageservice van PCBCart - Meerdere waardevolgende opties
• Geavanceerde PCB-assemblageservice van PCBCart - Vanaf 1 stuk