Approches de conception RF intégrées reconfigurables

Avec le développement de la micro-électronique et de la technologie des dispositifs à bande passante faisant avancer la numérisation, l'intégration RF passera à un niveau supérieur avec une bande passante plus large et une réduction progressive en termes de volume, de poids et de coût. De plus, des changements révolutionnaires auront lieu sur la configuration matérielle du système et la structure intégrée et la généralisation du matériel seront une tendance inévitable. Grâce à l'intégration du système de mission aéroporté et à la conception de la miniaturisation, les antennes de tous les systèmes peuvent être résumées ou reconstruites en antenne avec un petit nombre en fonction de la bande de fréquence et des fonctions. De plus, un traitement complet est effectué sur l'antenne, le circuit analogique, le circuit de commande, le circuit numérique et le réseau de connexion afin qu'un système d'émetteur-récepteur RF puisse être créé avec un large spectre de fréquences, plusieurs canaux et une auto-adaptabilité. L'objectif de la RF intégrée réside dans la réduction du coût, du poids et du volume afin que les utilisateurs considèrent le coût acceptable avec à la fois la praticabilité et la fiabilité qui augmentent également. Sur la base d'expériences, il s'avère que le MTBCF (Mean Time Between Critical Failures) des systèmes intégrés peut être multiplié par deux grâce à la communauté, aux modules, au partage de ressources, à la testabilité et à la reconstruction pour réaliser les objets évoqués ci-dessus.

Analyse de conception de RF intégré

En raison d'une série de limitations de l'immobilier sur le port, le poids, l'espace et l'alimentation électrique, la conception de l'intégration est appliquée par les systèmes de mission aéroportés pour intégrer et partager des ressources avec des fonctions similaires. En conséquence, lors de la mise en œuvre des index fonctionnels du système, des objectifs seront atteints, notamment la légèreté, la miniaturisation et la faible consommation d'énergie afin d'être compatibles avec les exigences d'assemblage de l'avion.

un. Du point de vue de la limitation du système, les antennes de tous les capteurs et du système émetteur-récepteur représentent la majorité de l'ensemble du système en termes de lumière, d'espace et de consommation d'énergie, responsables de l'émission et de la perception du signal. Pour répondre à toutes les demandes évoquées ci-dessus, il est nécessaire de réaliser une conception de système RF intégré :
b. Du point de vue de la capacité du système, une rétroaction rapide conformément aux exigences militaires nécessite une flexibilité fonctionnelle si élevée que de nouvelles fonctions peuvent être ajoutées à faible coût pendant une courte période pour obtenir une mise à niveau rapide du système et une extension des fonctions.
c. Du point de vue de l'amélioration de la configuration des équipements, il est efficace de mettre en œuvre une conception intégrée, une collecte numérique et un partage d'informations.
d. Du point de vue de la flexibilité de la plate-forme, l'application de la conception RF intégrée conduit le transporteur aérien à répondre aux exigences concernant l'adaptabilité de l'assemblage grâce à la réduction du poids et à la dynamisation. En outre, une série de problèmes peuvent être résolus avec succès, tels que le blocage, les interférences électromagnétiques et l'augmentation de la zone de réflexion en raison de l'augmentation du nombre d'antennes.

Attributs de la RF intégrée

Pour être compatible avec des ressources limitées sur plate-forme et répondre à la demande d'opération militaire, une configuration ouverte est appliquée dans le système de mission aéroporté avec un module de base contribuant à l'ensemble du système. La conception RF intégrée combine la détection radar, la détection passive, la chaîne de communication/données et l'IFF (Identification Friend or Foe) afin qu'un dispositif électronique intégré puisse être généré avec plusieurs spectres, plusieurs moyens et une auto-adaptabilité.

Les attributs de la RF intégrée incluent :

un. Construction RF ouverte ;
b. Incarnation complète de la numérisation, de la modularisation, de la généralisation et de la standardisation ;
c. Capable d'être robuste et tolérant aux pannes ;
d. Capacité de développement secondaire ;
e. Haute fiabilité, accès à l'assistance, évolutivité, légèreté et faible coût, etc.

Éléments de conception RF intégrée

• Éléments de conception de l'intégration de la réception radio

L'intégration de la réception radio fait référence au processus selon lequel différents systèmes de mission partagent généralement un canal d'entrée RF et réalisent leur propre fonction de réception de signal. Les fonctions du canal de réception exigent que les signaux RF reçus par les antennes de réception soient amplifiés, filtrés, convertis en fréquence, numérisés et prétraités et qu'ils soient transmis au processeur central intégré pour le traitement du signal et le traitement des données. L'un des signaux nécessite éventuellement plusieurs canaux de réception qui doivent être exploités avec des exigences de performances, notamment le partage du transfert de réseau, l'amplification à faible bruit, les gains de canal, l'AGC, la plage dynamique, la bande passante du canal et l'équilibre des canaux.

Les éléments suivants sont à prendre en considération concernant l'intégration de la réception radio :

un. Fréquence de fonctionnement ;
b. Bande passante transitoire du canal de réception ;
c. Dynamique transitoire des signaux de réception ;
d. Sensibilité des signaux de réception ;
e. Bande passante de sortie supérieure à la bande passante globale lorsque toutes les missions utilisent le même canal.

• Éléments de conception de l'intégration des émissions RF

L'intégration des émissions RF conduit différents systèmes de mission à partager en commun le canal de sortie RF pour compléter leurs propres fonctions d'émission de signal. Les canaux d'émission fournissent une forme d'onde de signal, une modulation, une conversion de fréquence, une amplification d'entraînement et une puissance de sortie correspondantes qui seront envoyées aux antennes. Ses principales performances résident dans la forme d'onde du signal, la stabilité du signal, les gains de canal, la plage dynamique, la puissance de sortie et la pureté du spectre de sortie.

Les éléments suivants doivent être pris en considération concernant l'intégration des émissions RF :

un. Fréquence de fonctionnement ;
b. Bande passante transitoire du canal d'émission ;
c. SFDR (Spurious Free Dynamic Range) des signaux émis ;
d. Fréquence des signaux émis ;
e. Forme d'onde du signal de sortie.

Les éléments mentionnés ci-dessus doivent être assurés par une émission RF intégrée. Différent de l'intégration de la réception radio qui est capable de recevoir des signaux en même temps, certains problèmes sont toujours disponibles sur l'émission en même temps, ce qui se produit en particulier pour la forme d'onde de la bande passante. Le problème clé réside dans le fait que l'émission commune multi-source laisse des exigences élevées sur la linéarité de l'amplificateur de puissance.

Méthodes de conception de RF intégré

• Méthode de conception de l'intégration de l'ouverture d'antenne

L'antenne intégrée ou le réseau d'antennes est un composant physique clé contribuant au système de mission aéroporté et met en œuvre la conversion entre l'énergie RF électrique spatiale et l'énergie RF électrique haute fréquence par des sous-systèmes. Selon l'exigence en termes de domaine aérien, de domaine fréquentiel, de domaine temporel et de domaine de modulation, ainsi que ses propriétés sur les fonctions, le mode de fonctionnement, la plage de fréquences de fonctionnement, la couverture du domaine aérien, la période de fonctionnement, le mode de modulation, la polarisation et l'adaptabilité aéroportée, toutes sortes d'antennes doivent être intégrées et les technologies avancées de conception d'antennes actuelles doivent être appliquées autant que possible, telles que la super bande passante, la conformité, la miniaturisation, l'ouverture commune et la reconstruction. La cible de conception optimale doit être atteinte autour de l'indice, du volume, du poids et du coût et toutes sortes d'antennes doivent recevoir une conception intégrée avec leurs fonctions et leurs fréquences optimisées afin d'intégrer enfin l'ouverture de l'antenne.

un. Conception de type intégrée. Avec des exigences telles que la fréquence de fonctionnement, la couverture du domaine aérien et la polarisation, une antenne avec une bande passante élevée, un rendement élevé et des gains élevés doit être appliquée et l'antenne ou le réseau d'antennes doit recevoir une conception uniforme avec une classification d'antenne simplifiée.

b. Conception d'ouverture intégrée. Une fois la demande de performances d'antenne satisfaite, une conception d'ouverture commune doit être effectuée autant que possible sur l'antenne ou le réseau d'antennes avec un objectif de conception optimisé en termes de coût, de volume et de poids. Sur la base de considérations sur la fréquence de fonctionnement de l'antenne, la position d'assemblage, la taille de l'espace et la plage de couverture et le résultat de la discussion fondamentale, une conception d'ouverture commune est mise en œuvre sur des antennes avec des positions d'assemblage similaires afin que plusieurs antennes ou réseau d'antennes soient disposés à la même ouverture pour réduire l'espace d'assemblage d'antenne et améliorez l'efficacité d'utilisation de l'ouverture.

c. Conception de partage d'antenne. Lorsqu'il s'agit d'antennes ayant des exigences d'indice similaires en termes de fréquence de fonctionnement, de type de polarisation, de gains et d'espace de couverture, la conception du partage d'antenne est réalisée par le biais d'un changement de commutateur, d'un combinateur ou d'un séparateur de signal et d'une application de partage de temps afin de minimiser le compte des antennes. .

• Conception d'intégration frontale RF

Basé sur la technologie des dispositifs à bande passante haute puissance, la technologie des microsystèmes, les MEMS (système micro électromécanique) et la technologie distribuée, un système standard RF intégré est établi par la conception de la généralisation, de la numérisation et de la modularisation. De plus, le canal d'émetteur-récepteur RF général et la plate-forme matérielle sont configurés de manière à ce que le canal du système RF puisse être compatible avec tout le spectre, reconstructible, numérisé et microsystématisé.

Selon les exigences générales de développement du système de mission aéroporté et sa définition structurelle, ainsi que les principes de conception intégrés, les méthodes de conception d'intégration frontale RF contiennent les aspects suivants :
a. Canalisation RF. La discrétion et le dévouement de chaque sous-système fonctionnel doivent être rompus et tous les systèmes RF reçoivent une conception de canalisation de manière à ce que le canal de l'émetteur-récepteur RF soit compatible avec tous les spectres et généralement intégré.
b. Modularisation des ressources. Toutes les ressources matérielles sont conçues à travers un cadre plan, un fond de panier et des modules compatibles avec la norme afin d'obtenir une alimentation électrique et une dissipation thermique uniformes des modules de ressources matérielles.
c. Généralisation des modules. Les modules de ressources publiques frontales RF passent par la conception de généralisation, y compris le module d'alimentation, le module de réception et le module de commutation et la conception de généralisation est progressivement mise en œuvre sur le module de prétraitement multifonction. D'une part, la conception de la généralisation des modules permet de réduire la classification des ressources. D'autre part, une base est établie pour la sauvegarde et la reconstruction des fonctions.
d. Standardisation des interfaces. Le bus standard est appliqué dans le frontal RF et le réseau de capteurs est accessible via un module d'interface générale de conception uniforme. La standardisation des interfaces permet de réduire efficacement le type et le nombre de bus système, ce qui est bénéfique pour l'interconnexion entre les systèmes.
e. Unification de la gestion des ressources. Le module d'interface général du frontal RF reçoit et analyse uniformément les demandes d'administration de ressources du processeur principal et les envoie aux modules de prétraitement correspondants et à d'autres modules avec une administration uniforme sur le frontal RF terminée.

Méthodes de conception de modularisation

La section de capteur appartenant au système de mission aéroporté, y compris le circuit analogique à l'extrémité avant RF et le circuit numérique à l'extrémité arrière RF, applique une structure de système ouverte et utilise des modules matériels standard avec différentes fonctions et quelques types qui contiennent un module frontal RF, un module de réception général, module de prétraitement, module de traitement de signal, module d'émission multifréquence, module modulateur multifonction, unité d'interface d'antenne et réseau de commutateurs matriciels. Ces modules peuvent être combinés dynamiquement en fonction des demandes sur les fonctions RF des capteurs pour réaliser les fonctions de différents capteurs. Ils peuvent être conçus et fabriqués sur la base de dimensions standard structurelles strictes et uniformes et être installés et utilisés sur un cadre d'installation standard.

L'unité d'interface d'antenne complète les fonctions des commutateurs RF, responsables de l'envoi des signaux RF reçus par les antennes au module frontal RF. Connectée au module émetteur multifréquence, l'unité d'interface d'antenne transmet des signaux RF prêts à être émis vers les antennes correspondantes. L'unité d'interface d'antenne est capable de résoudre les conflits qui se produiront éventuellement lorsque les signaux de l'émetteur-récepteur partagent l'antenne.

Le module de réception frontal RF convertit les signaux RF en fréquence moyenne standard et le commutateur moyenne fréquence transmet les signaux moyenne fréquence émis par le module de réception frontal RF au module de réception général, les signaux de modulation moyenne fréquence générés par le modulateur multifonctionnel au module émetteur correspondant. Les commutateurs moyenne fréquence sont chargés de résoudre les conflits qui peuvent être créés lorsque les signaux moyenne fréquence de l'émetteur-récepteur partagent le module de réception général et le module modulateur multifonctionnel.

Les signaux à moyenne fréquence sont transmis au préprocesseur de signal après avoir été traités par le module de réception général, y compris le filtrage passe-bande, la conversion A/N et le DDC (Digital Down Conversion). Le préprocesseur de signal effectue un filtrage adapté sur les signaux après la numérisation générale du module de réception avec la transformation de phase du signal en bande de base, la capture d'impulsions et l'étalement numérique terminés. De plus, il partage également une partie du travail de traitement des processeurs de signal et les signaux numériques après le prétraitement sont transmis au module de traitement du signal. Lors du processus d'émission, le préprocesseur de signal envoie des signaux en bande de base au modulateur multifonction après avoir mis en œuvre le spectre étalé numérique et la mise en forme des impulsions.

Le module de traitement du signal est en charge du traitement du signal de toutes les fonctions des capteurs, y compris la démodulation, l'équilibrage auto-adaptatif des canaux, le codage et le décodage avec correction d'erreurs et le cryptage et le décryptage.

Méthodes de conception de canalisation

Comme plusieurs canaux fonctionnent ensemble ou indépendamment sur le frontal RF intégré et qu'une certaine forme d'onde de signal est en cours de traitement, toutes les ressources du module matériel peuvent être combinées au sein du réseau de conversion numérique pour créer un fil matériel prenant en charge le traitement de la forme d'onde du signal. Le frontal RF intégré est capable de prendre en charge plusieurs threads matériels qui peuvent fonctionner de manière uniforme ou indépendante conformément à la stratégie de balayage d'antenne ou à la procédure de traitement du signal. En conséquence, le frontal RF du système est capable de traiter plusieurs signaux avec plusieurs fonctions réalisées en fonction de la demande de traitement des informations du système. Des canaux redondants sont toujours disponibles dans les canaux de RF, de réglage et de fréquence moyenne afin que tous les canaux soient maintenus en secours les uns avec les autres pour augmenter la fiabilité du système. S'il y a quelque chose qui ne va pas avec certains canaux de signal qui ne prennent pas complètement en charge le traitement parallèle de plusieurs signaux, différents threads de traitement parallèles ou en temps partagé peuvent être formés en fonction du mode de fonctionnement du système et de la priorité de traitement du signal.

Comme indiqué sur la figure 1, de nombreux canaux parallèles de signaux multiples sont disponibles dans le frontal RF, qui peuvent être commutés ou fonctionner en parallèle via le contrôle du système. La syntonisation du canal de réception extrait toutes sortes de signaux relativement purs qui passent ensuite en fréquence moyenne grâce à la conversion de fréquence. Tous les signaux peuvent être raisonnablement divisés en certains canaux publics à moyenne fréquence avec des méthodes de partage de fréquence ou de partage de temps et sont traités dans un récepteur numérique multifonction après sélection et combinaison par un réseau de commutateurs. Le système applique un intégrateur de fréquence intégré avec des propriétés de large bande, de fréquence multipoint, d'agilité rapide et de sortie combinée.

Méthodes de conception de microsystémisation

Les microsystèmes intègrent des composants tels que des capteurs, des circuits de lecture, un processeur de signal numérique, AD / DA, des composants d'émetteur-récepteur et des alimentations dans la plage du micromètre afin que le volume et la consommation d'énergie puissent être considérablement réduits du système et de la configuration. La configuration du microsystème, du dispositif et des composants du canal d'émetteur-récepteur RF avec l'application de la technologie 3S (Sop, Sip, Soc) conduit au développement clé d'une large bande de fréquences.

Technologies de pointe

• Technologies de conception intégrées du système

La technologie de conception intégrée du système joue un rôle potentiel dans l'intégration du système de mission, en utilisant au mieux toutes sortes d'efficacité des dispositifs électroniques et en garantissant des capacités militaires intégrées. En se concentrant sur la perspective des systèmes, l'intégration doit être mise en œuvre sur sa composition, sa construction, ses fonctions et sa méthode d'interconnexion afin que la conception de l'intégration du système de mission puisse être optimisée. Conformément aux missions militaires et aux exigences de la mission, la conception de l'intégration du système de mission est responsable de la définition, de l'analyse, de la conception, des tests et de l'évaluation de l'ensemble du système afin de rendre le système de mission compatible avec la demande de la mission en termes de fonctions, performances, fiabilité, maintenance, la capacité de prise en charge et le coût du cycle de vie. Les concepteurs de systèmes doivent participer à la planification et à la recherche conformément aux projets conformes, de longue date et fondamentaux de l'industrie.

• Technologie de conception de construction en système ouvert

La construction de système ouvert est bénéfique pour la formation de systèmes distribués et offre une commodité pour l'interconnexion et l'interopérabilité entre le matériel de différents fabricants, les ordinateurs avec des numéros de type variés ou autres. 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