Sistema de misión aerotransportado Ancho de banda de canalización Enfoques de diseño RF integrado reconfigurable

Con el desarrollo de la microelectrónica y la tecnología de dispositivos de ancho de banda que impulsan la digitalización, la integración de RF ascenderá a un nivel superior con un ancho de banda más amplio y una reducción gradual en términos de volumen, peso y costo. Además, se producirán cambios revolucionarios en la configuración del hardware del sistema y la estructura integrada y la generalización del hardware serán una tendencia inevitable. A través del diseño de integración y miniaturización del sistema de misión aerotransportado, las antenas de todos los sistemas pueden resumirse o reconstruirse en antenas con un número bajo según la banda de frecuencia y las funciones. Además, se realiza un procesamiento integral en la antena, el circuito analógico, el circuito de control, el circuito digital y la red de conexión para que se pueda crear un sistema transceptor de RF con un amplio espectro de frecuencias, múltiples canales y autoadaptabilidad. El propósito de la RF integrada radica en la reducción del costo, el peso y el volumen para que los usuarios consideren que el costo es aceptable con un aumento tanto de la practicidad como de la confiabilidad. Basado en experimentos, demuestra que MTBCF (Tiempo medio entre fallas críticas) de los sistemas integrados se puede aumentar dos veces a través de la comunidad, los módulos, el intercambio de recursos, la capacidad de prueba y la reconstrucción para realizar los objetos discutidos anteriormente.

Análisis de diseño de RF integrada

Debido a una serie de limitaciones de bienes raíces en el puerto, el peso, el espacio y el suministro de energía, los sistemas de misión aerotransportados aplican el diseño de integración para integrar y compartir recursos con funciones similares. Como resultado, al garantizar las implementaciones de los índices funcionales del sistema, se lograrán objetivos que incluyen peso ligero, miniaturización y bajo consumo de energía para que sea compatible con los requisitos del ensamblaje del avión.

una. Desde el punto de limitación del sistema, las antenas en todos los sensores y el sistema transceptor representan la mayor parte de todo el sistema en términos de luz, bienes raíces y consumo de energía, responsables de la emisión y percepción de la señal. Para cumplir con todas las demandas discutidas anteriormente, es necesario llevar a cabo un diseño de sistema de RF integrado:
b. Desde el punto de vista de la capacidad del sistema, la retroalimentación rápida de acuerdo con las demandas militares exige una flexibilidad funcional tan alta que se pueden agregar nuevas funciones a un bajo costo durante un corto tiempo para lograr una rápida actualización del sistema y expansión de funciones.
c. Desde el punto de mejora de la configuración del equipo, es eficaz implementar el diseño integrado, la recopilación digital y el intercambio de información.
d. Desde el punto de vista de la flexibilidad de la plataforma, la aplicación del diseño de RF integrado lleva al transportador aéreo a cumplir con los requisitos relacionados con la adaptabilidad del ensamblaje a través de la reducción de peso y la energización. Además, una serie de problemas se pueden resolver con éxito, como el bloqueo, la interferencia electromagnética y el aumento del área de reflexión como resultado del aumento de la cuenta de la antena.

Atributos de RF integrado

Para ser compatible con los recursos limitados en la plataforma y cumplir con la demanda de la operación militar, se aplica una configuración abierta en el sistema de misión aerotransportada con un módulo básico que contribuye a todo el sistema. El diseño RF integrado combina detección de radar, detección pasiva, comunicación/cadena de datos e IFF (identificación de amigo o enemigo) para que se pueda generar un dispositivo electrónico integrado con múltiples espectros, múltiples medios y autoadaptabilidad.

Los atributos de la RF integrada incluyen:

una. Construcción RF abierta;
b. Incorporación completa de la digitalización, modularización, generalización y estandarización;
c. Capaz de ser robusto y tolerante a fallas;
d. Habilidad de desarrollo secundario;
e. Alta confiabilidad, acceso a soporte, capacidad de expansión, peso ligero y bajo costo, etc.

Elementos en el diseño RF integrado

• Elementos de diseño de la integración de recepción de radio

La integración de recepción de radio se refiere al proceso en el que diferentes sistemas de misión comparten comúnmente un canal de entrada de RF y logran su propia función de recepción de señal. Las funciones del canal de recepción exigen que las señales de RF recibidas por las antenas de recepción se amplifiquen, filtren, conviertan en frecuencia, digitalicen y preprocesen la señal, y que se envíen al procesador central integrado para el procesamiento de la señal y el procesamiento de datos. Es posible que una de las señales requiera múltiples canales de recepción que deben operarse junto con las demandas de rendimiento, incluido el traspaso compartido de la red, la amplificación de bajo ruido, las ganancias del canal, el AGC, el rango dinámico, el ancho de banda del canal y el balance del canal.

Los siguientes elementos deben tenerse en cuenta en relación con la integración de la recepción de radio:

una. Frecuencia de operación;
b. Ancho de banda transitorio del canal de recepción;
c. Dinámica transitoria de las señales de recepción;
d. Sensibilidad de las señales de recepción;
e. Ancho de banda de salida mayor que el ancho de banda general cuando todas las misiones tienen el mismo canal.

• Elementos de diseño de la integración de emisiones de RF

La integración de emisión de RF impulsa diferentes sistemas de misión para compartir comúnmente el canal de salida de RF para completar sus propias funciones de emisión de señal. Los canales de emisión proporcionan la forma de onda de la señal, la modulación, la conversión de frecuencia, la amplificación de la unidad y la potencia de salida correspondientes que se enviarán a las antenas. Su desempeño líder radica en la forma de onda de la señal, la estabilidad de la señal, las ganancias del canal, el rango dinámico, la potencia de salida y la pureza del espectro de salida.

Los siguientes elementos deben tenerse en cuenta en relación con la integración de emisiones de RF:

una. Frecuencia de operación;
b. Ancho de banda transitorio del canal de emisión;
c. SFDR (Spurious Free Dynamic Range) de las señales emitidas;
d. Frecuencia de las señales emitidas;
e. Forma de onda de la señal de salida.

Los elementos mencionados anteriormente deben garantizarse mediante la emisión de RF integrada. A diferencia de la integración de recepción de radio que es capaz de recibir señales al mismo tiempo, todavía existen algunos problemas en la emisión al mismo tiempo, lo que ocurre especialmente con la forma de onda del ancho de banda. El problema clave radica en el hecho de que la emisión común de múltiples fuentes plantea grandes exigencias a la linealidad del amplificador de potencia.

Métodos de diseño de RF integrada

• Método de diseño de integración de apertura de antena

La antena integrada o el conjunto de antenas es un componente físico clave que contribuye al sistema de misión aerotransportado e implementa la conversión entre la energía de radiofrecuencia eléctrica espacial y la energía de radiofrecuencia eléctrica de alta frecuencia por subsistemas. De acuerdo con el requisito en términos de dominio de aire, dominio de frecuencia, dominio de tiempo y dominio de modulación, junto con sus propiedades sobre funciones, modo de operación, rango de frecuencia de operación, dominio de aire que cubre, período de operación, modo de modulación, polarización y adaptabilidad aerotransportada, todo tipo de antenas debe integrarse y deben aplicarse tecnologías avanzadas de diseño de antena actual tanto como sea posible, como superancho de banda, conforme, miniaturización, apertura común y reconstrucción. El objetivo de diseño óptimo debe alcanzarse en torno al índice, el volumen, el peso y el costo, y todos los tipos de antenas deben recibir un diseño integrado con sus funciones y frecuencias optimizadas para finalmente integrar la apertura de la antena.

una. Diseño tipográfico integrado. Teniendo en cuenta requisitos tales como la frecuencia de funcionamiento, la cobertura del dominio aéreo y la polarización, se debe aplicar una antena con alto ancho de banda, alta eficiencia y altas ganancias, y la antena o el conjunto de antenas deben recibir un diseño uniforme con una clasificación de antena simplificada.

b. Diseño de apertura integrada. Una vez satisfecha la demanda de rendimiento de la antena, el diseño de apertura común debe llevarse a cabo en la antena o en el conjunto de antenas tanto como sea posible con un objetivo de diseño optimizado en cuanto a costo, volumen y peso. Basado en consideraciones sobre la frecuencia de operación de la antena, la posición del ensamblaje, el tamaño del espacio y el rango de cobertura y el resultado de la discusión fundamental, el diseño de apertura común se implementa en antenas con posiciones de ensamblaje similares para que múltiples antenas o arreglos de antenas estén dispuestos en la misma apertura para reducir el espacio de ensamblaje de la antena. y mejorar la eficiencia del uso de la apertura.

C. Diseño de compartir antena. Cuando se trata de antenas con un requisito de índice similar en términos de frecuencia operativa, tipo de polarización, ganancias y espacio de cobertura, el diseño de uso compartido de antenas se lleva a cabo a través de un cambio de conmutador, un combinador o divisor de señal y una aplicación de tiempo compartido para minimizar la cuenta de antenas. .

• Diseño de integración frontal de RF

Basado en tecnología de dispositivos de ancho de banda de alta potencia, tecnología de microsistemas, MEMS (sistema micro electromecánico) y tecnología distribuida, se establece un sistema estándar de RF integrado a través del diseño de generalización, digitalización y modularización. Además, el canal del transceptor de RF general y la plataforma de hardware están configurados para que el canal del sistema de RF pueda ser compatible con todo el espectro, reconstruible, digitalizado y microsistematizado.

De acuerdo con los requisitos generales de desarrollo del sistema de misión aerotransportado y su definición estructural, junto con los principios de diseño integrado, los métodos de diseño de integración frontal de RF contienen los siguientes aspectos:
a. Canalización de RF. Debe romperse la discreción y la dedicación de cada subsistema funcional y todos los sistemas de RF deben recibir un diseño de canalización para que el canal del transceptor de RF sea compatible con todo el espectro y generalmente integrado.
b. Modularización de recursos. Todos los recursos de hardware están diseñados a través de un marco plano, un plano posterior y módulos compatibles con el estándar para lograr una fuente de alimentación de ensamblaje uniforme y una disipación térmica de los módulos de recursos de hardware.
c. Generalización del módulo. Los módulos de recursos públicos de front-end de RF pasan por un diseño de generalización, incluido el módulo de fuente de alimentación, el módulo de recepción y el módulo de conmutación, y el diseño de generalización se implementa gradualmente en el módulo de preprocesamiento multifunción. Por un lado, el diseño de generalización de módulos ayuda a reducir la clasificación de recursos. Por otra parte, se establecen bases para el respaldo y reconstrucción de funciones.
d. Estandarización de interfaz. El bus estándar se aplica en el extremo frontal de RF y se accede a la red de sensores a través de un módulo de interfaz general de diseño uniforme. La estandarización de las interfaces puede reducir efectivamente el tipo y el número de buses del sistema, lo que es beneficioso para la interconexión entre sistemas.
e. Unificación de la gestión de recursos. El módulo de interfaz general en el front-end de RF recibe y analiza uniformemente las demandas de administración de recursos del procesador central y las envía a los módulos de preprocesamiento correspondientes y otros módulos con administración uniforme en el front-end de RF completado.

Métodos de diseño de modularización

La sección del sensor que pertenece al sistema de misión aerotransportado, incluido el circuito analógico en el extremo frontal de RF y el circuito digital en el extremo posterior de RF, aplica una estructura de sistema abierta y utiliza módulos de hardware estándar con diferentes funciones y pocos tipos que contienen módulo frontal de RF, módulo de recepción general, módulo de preprocesamiento, módulo de procesamiento de señales, módulo de emisión multifrecuencia, módulo modulador multifunción, unidad de interfaz de antena y conjunto de conmutadores de matriz. Esos módulos se pueden combinar dinámicamente en función de las demandas de las funciones de RF de los sensores para realizar funciones de diferentes sensores. Se pueden diseñar y fabricar sobre la base de dimensiones estándar estructurales estrictas y uniformes, y se pueden instalar y utilizar en un marco de instalación estándar.

La unidad de interfaz de antena completa las funciones de los interruptores de cambio de RF, responsables de enviar las señales de RF recibidas por las antenas al módulo frontal de RF. Conectada con un módulo emisor de frecuencias múltiples, la unidad de interfaz de antena transmite señales de RF que están listas para ser emitidas a las antenas correspondientes. La unidad de interfaz de antena es capaz de resolver los conflictos que posiblemente se produzcan cuando las señales del transceptor compartan la antena.

El módulo de recepción frontal de RF convierte las señales de RF en frecuencia media estándar y el interruptor de frecuencia media transmite las señales de frecuencia media emitidas por el módulo de recepción frontal de RF al módulo de recepción general, las señales de modulación de frecuencia media generadas por el modulador multifuncional al módulo emisor correspondiente. Los conmutadores de media frecuencia son los encargados de resolver los conflictos que se pueden generar cuando las señales de media frecuencia del transceptor comparten el módulo de recepción general y el módulo modulador multifuncional.

Las señales de frecuencia media se transmiten al preprocesador de señales después de que sean procesadas por el módulo de recepción general, incluido el filtrado de paso de banda, la conversión A/D y DDC (Digital Down Conversion). El preprocesador de señales lleva a cabo el filtrado combinado de las señales después de la digitalización del módulo de recepción general con la transformación de fase de la señal de banda base, la captura de pulsos y la visualización digital completa. Además, también comparte parte del trabajo de procesamiento de los procesadores de señales y las señales digitales después del preprocesamiento se transmiten al módulo de procesamiento de señales. En el proceso de emisión, el preprocesador de señales envía señales de banda base al modulador multifunción después de implementar el espectro ensanchado digital y la conformación de pulsos.

El módulo de procesamiento de señales está a cargo del procesamiento de señales de todas las funciones de los sensores, incluida la demodulación, el equilibrio autoadaptativo del canal, la codificación y decodificación de corrección de errores y el cifrado y descifrado.

Métodos de diseño de canalización

Dado que varios canales funcionan juntos o de forma independiente en el extremo frontal de RF integrado y se procesa una determinada forma de onda de la señal, todos los recursos del módulo de hardware se pueden combinar dentro de la red de conversión digital para crear un subproceso de hardware que admita el procesamiento de la forma de onda de la señal. El front-end de RF integrado es capaz de admitir múltiples subprocesos de hardware que pueden funcionar de manera uniforme o independiente de conformidad con la estrategia de escaneo de la antena o el procedimiento de procesamiento de la señal. Como resultado, la interfaz de RF del sistema es capaz de procesar múltiples señales con múltiples funciones logradas en función de la demanda de procesamiento de información del sistema. Los canales redundantes aún están disponibles en canales de RF, sintonización y frecuencia media para que todos los canales se mantengan como respaldo entre sí para aumentar la confiabilidad del sistema. Si hay algún problema con algunos canales de señal que no soportan por completo el procesamiento en paralelo de múltiples señales, se pueden formar diferentes subprocesos de procesamiento en paralelo o de tiempo compartido de acuerdo con el modo de trabajo del sistema y la prioridad de procesamiento de la señal.

Como se indica en la Figura 1, numerosos canales paralelos de múltiples señales están disponibles en el frente de RF, que se pueden conmutar o trabajar en forma paralela a través del control del sistema. La sintonización del canal de recepción extrae todo tipo de señales relativamente puras que luego caen en frecuencia media a través de la conversión de frecuencia. Todas las señales se pueden dividir razonablemente en algunos canales públicos de frecuencia media con métodos de frecuencia compartida o tiempo compartido y se procesan en un receptor digital multifunción después de la selección y combinación mediante una matriz de interruptores. El sistema aplica un integrador de frecuencia integrado con propiedades de banda ancha, frecuencia multipunto, agilidad rápida y salida combinada.

Métodos de diseño de microsistematización

Microsystems integra componentes como sensores, circuitos de lectura, procesador de señal digital, AD/DA, componentes de transceptor y fuentes de alimentación dentro del rango de micrómetros para que el volumen y el consumo de energía se puedan reducir drásticamente del sistema y la configuración. La configuración del microsistema, el dispositivo y los componentes del canal del transceptor de RF con la aplicación de la tecnología 3S (Sop, Sip, Soc) conduce al desarrollo clave de la banda de frecuencia ancha.

Tecnologías líderes

• Tecnologías de Diseño Integrado del Sistema

La tecnología de diseño integrado del sistema juega un papel potencial para lograr la integración del sistema de la misión, haciendo el mejor uso de todo tipo de eficiencia de dispositivos electrónicos y asegurando capacidades militares integradas. Centrándose en la perspectiva de los sistemas, la integración debe implementarse en su composición, construcción, funciones y método de interconexión para que el diseño de integración del sistema de misión pueda optimizarse. Conforme a las misiones militares y los requisitos de la misión, el diseño de integración del sistema de la misión es responsable de definir, analizar, diseñar, probar y evaluar todo el sistema para impulsar el sistema de la misión para que sea compatible con la demanda de la misión en términos de funciones, rendimiento, confiabilidad, mantenimiento, compatibilidad y coste del ciclo de vida. Los diseñadores de sistemas deben participar en la planificación y la investigación de acuerdo con los proyectos conformes, duraderos y fundamentales de la industria.

• Tecnología de diseño de construcción de sistema abierto

La construcción de sistemas abiertos es beneficiosa para la formación de sistemas distribuidos y brinda comodidad para la interconexión e interoperación entre hardware de diferentes fabricantes, computadoras con números de tipos variados u otros. It is convenient for hardware and software transplantation and enhancement and expansion of system functions. Also, it helps shrinking research and development period as it supports system's volatile scale.

The key to the implementation of open system construction lies in all kinds of standard interface manufacturing and conformability so that the same standard and regulations can be followed by different product development and manufacturing unit. Apart from hardware, software is also involved in open system construction, still playing a significant role in software open system, reusability and volatile scale. Furthermore, it is regarded as an important measure to reduce system life-cycle cost and development period. A new version of integrated mission system software should conform to uniform standard and regulations and some properties of software, including reusability, standardization, intellectualization, transplantation and reliability should be included among characteristic parameters of representational software technology.

• Antenna Aperture Integrity Design Technology

As an essential part of airborne mission system, antenna or antenna array is in charge of emitting and receiving numerous radio signals. Due to a large number of system compositions, demands rise towards antenna types and amount and different demands are available in terms of operating frequency range, polarization mode, gains and covering air space. Furthermore, due to the limitation of airborne platform space and install positions of antenna, system antenna layout becomes rough, leaving a stringent demand for antenna account reduction.

To lower difficulty of system antenna layout, antenna or antenna array integrity design should be carried out after demands are met on antenna in compatible with functions. All antennas should be integrated and shared to make them front end of sharing sensors so that antenna aperture can be applied in an integrating way. Moreover, to ensure the EMC (Electromagnetic Compatibility) between functions as the system is working, optimized design should be taken on antenna layout in the system to minimize the effect on antenna performance and mutual effect between antennas.

• CIP Technology

CIP with a high-level integration in the system combines multiple advanced technologies and lots of computing, processing, control and administration functions are completed within it. CIP is responsible for integrated processing, data fusion, mission computing, video information generation, navigation computing, store management, electronic backup and defense management, communication management, system control and failure monitoring, inspection and reconstruction of sensor input data. Lots of significant characteristics of a new version of mission system are involved in CIP that technically makes the best use of properties of common module, parallel processing system and distributed real-time operating system, processes resources with sharing core and improves performance and reliability to meet demands of airborne processing capability and fast development of computing capability.

• Broadband Configurable RF Channel Digitalization Technology

Airborne mission system covers a wide frequency range, numerous types of signal modulation methods and signal formats and signal levels with wide differences. Devices in traditional hardware density communication system feature a complicated interconnection relation, high cost, a high level of upgrading transferring difficulty and difficult interconnection between systems. Therefore, it's necessary to depend on software radio and RF sampling technology, to push digitalization forward and to reduce RF front end processing channel and to increase function re-usage of digital signal processing at rear end in order to solve some integration issues concerning multiple functions, wide range of frequency and multiple modulation methods of the system. Plus, application of modular hardware and software brings convenience to system design and the introduction of new technologies so that performance will be improved, cost and time reduced.

Helpful Resources:
• Setbacks and Solutions in RF PCB Design
• Flyback Power Module Circuit Design for RFID Reader
• Guidelines for RF and Microwave PCB Design
• Full Feature PCB Manufacturing Service from PCBCart - Multiple Value-added options
• Advanced PCB Assembly Service from PCBCart - Start from 1 piece