Conception RF reconfigurable pour systèmes de mission aéroportés : canalisation large bande et intégration

Avec le développement de la microélectronique et de la technologie des dispositifs à large bande poussant la numérisation vers l'avant, l'intégration RF montera à un niveau supérieur avec une bande passante plus large et une réduction progressive en termes de volume, de poids et de coûts. De plus, des changements révolutionnaires auront lieu sur la configuration matérielle du système et la structure intégrée, et la généralisation du matériel sera une tendance inévitable. Grâce à l'intégration et à la miniaturisation de la conception du système de mission aéroporté, les antennes de tous les systèmes peuvent être résumées ou reconstruites en une antenne en petit nombre selon la bande de fréquence et les fonctions. En outre, un traitement complet est effectué sur l'antenne, le circuit analogique, le circuit de commande, le circuit numérique et le réseau de connexion, de sorte qu'un système de transceiver RF puisse être créé avec un large spectre de fréquence, de multiples canaux et une auto-adaptabilité. Le but de l'intégration RF réside dans la réduction des coûts, du poids et du volume, de sorte que les utilisateurs considéreront le coût acceptable avec à la fois la praticabilité et la fiabilité en hausse. Basé sur des expériences, il prouve que le MTBCF (Mean Time Between Critical Failures) des systèmes intégrés peut être augmenté de deux fois par des moyens de communauté, modules, partage de ressources, testabilité et reconstruction pour réaliser les objets discutés ci-dessus.

Analyse de conception de l'intégration RF

En raison d'une série de limitations de surface sur le port, le poids, l'espace et l'alimentation, la conception d'intégration est appliquée par les systèmes de mission aéroportés pour intégrer et partager les ressources aux fonctions similaires. En résultat, en assurant les mises en œuvre des indices fonctionnels du système, les objectifs seront réalisés incluant le poids léger, la miniaturisation et la faible consommation d'énergie, afin d'être compatible avec l'exigence d'assemblage d'avion.

1. Du point de limitation du système, les antennes sur tous les capteurs et le système de transceiver représentent la majorité du système entier en termes de lumière, surface et consommation d'énergie, responsables de l'émission de signal et de la perception de signal. Pour répondre à toutes les demandes discutées ci-dessus, il est nécessaire de réaliser la conception de système RF intégré.
2. Du point de capacité du système, un retour rapide conformément aux demandes militaires appelle une telle flexibilité fonctionnelle élevée que de nouvelles fonctions peuvent être ajoutées avec un faible coût pendant un court temps pour atteindre une mise à niveau rapide du système et une expansion de fonction.
3. Du point d'amélioration de la configuration d'équipement, il est efficace de mettre en œuvre la conception intégrée, la collecte numérique et le partage d'information.
4. Du point de flexibilité de plateforme, l'application de la conception RF intégrée conduit le porteur aérien à répondre à l'exigence concernant l'adaptabilité d'assemblage par la réduction de poids et l'énergisation. De plus, une série de problèmes peuvent être résolus avec succès tels que le blocage, l'interférence électromagnétique et l'augmentation de la zone de réflexion suite à l'augmentation du nombre d'antennes.

Attributs de l'intégration RF

Pour être compatible avec les ressources limitées sur la plateforme 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 au système entier. La conception d'intégration RF combine la détection radar, la détection passive, la communication/chaîne de données et l'IFF (Identification Friend or Foe) de sorte qu'un dispositif électronique intégré puisse être généré, présentant de multiples spectres, de multiples moyens et une auto-adaptabilité.

Les attributs de l'intégration RF incluent :

• Construction RF ouverte ;
• Incarnation complète de la numérisation, de la modularisation, de la généralisation et de la standardisation ;
• Capable d'être robuste et tolérant aux pannes ;
• Capacité de développement secondaire ;
• Haute fiabilité, accès au support, extensibilité, poids léger et faible coût, etc.

Éléments dans la conception d'intégration RF

Éléments de conception de l'intégration de réception radio

L'intégration de réception radio fait référence au processus par lequel différents systèmes de mission partagent communément 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 sortis vers le processeur central intégré pour le traitement du signal et le traitement des données. L'un des signaux peut nécessiter plusieurs canaux de réception qui doivent être opérés ensemble avec des exigences de performance incluant le transfert de réseau de partage, l'amplification à faible bruit, les gains de canal, l'AGC, la plage dynamique, la bande passante du canal et l'équilibre du canal.

Les éléments suivants doivent être pris en considération concernant l'intégration de réception radio :

• Fréquence de fonctionnement ;
• Bande passante transitoire du canal de réception ;
• Dynamique transitoire des signaux de réception ;
• Sensibilité des signaux de réception ;
• Bande passante de sortie supérieure à la bande passante globale lorsque toutes les missions détiennent le même canal.

Éléments de conception de l'intégration d'émission RF

L'intégration d'émission RF conduit différents systèmes de mission à partager communément un canal de sortie RF pour compléter leurs propres fonctions d'émission de signal. Les canaux d'émission fournissent la forme d'onde de signal correspondante, la modulation, la conversion de fréquence, l'amplification de pilotage et la sortie de puissance qui seront envoyées aux antennes. Sa performance principale réside dans la forme d'onde de 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 d'émission RF :

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

Les éléments mentionnés ci-dessus doivent être assurés par l'intégration d'émission RF. Différent de l'intégration de réception radio qui est capable de recevoir des signaux en même temps, certains problèmes sont encore disponibles sur l'émission simultanée, ce qui se produit particulièrement sur la forme d'onde de 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 l'intégration RF

Méthode de conception de l'intégration d'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 les sous-systèmes. Selon l'exigence en termes de domaine aérien, domaine de fréquence, domaine temporel et domaine de modulation, ainsi que ses propriétés sur les fonctions, mode de fonctionnement, gamme de fréquence de fonctionnement, couverture du domaine aérien, période de fonctionnement, mode de modulation, polarisation et adaptabilité aéroportée, tous les types d'antennes doivent être intégrés et les technologies avancées de conception d'antenne actuelles doivent être appliquées autant que possible, telles que la super large bande, le conformal, 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 tous les types d'antennes doivent recevoir une conception intégrée avec leurs fonctions et fréquences optimisées libérées afin d'intégrer finalement l'ouverture d'antenne.

• a. Conception de type intégré. Avec des exigences telles que la fréquence de fonctionnement, la couverture du domaine aérien et la polarisation considérées, une antenne à large bande, haute efficacité et hauts gains doit être appliquée et l'antenne ou le réseau d'antennes doit recevoir une conception uniforme avec la classification d'antenne simplifiée.
• b. Conception d'ouverture intégrée. Avec la demande sur la performance d'antenne satisfaite, la conception d'ouverture commune doit être réalisée sur l'antenne ou le réseau d'antennes autant que possible avec une cible de conception optimisée sur le coût, le volume et le poids. Basé sur les considérations sur la fréquence de fonctionnement de l'antenne, la position d'assemblage, la taille de l'espace et la couverture et le résultat de discussion fondamental, la conception d'ouverture commune est mise en œuvre sur les antennes avec des positions d'assemblage similaires, de sorte que plusieurs antennes ou réseau d'antennes soient disposées à la même ouverture pour réduire l'espace d'assemblage d'antenne et améliorer l'efficacité d'utilisation de l'ouverture.
• c. Conception de partage d'antenne. Quand il s'agit d'antennes avec des exigences d'indice similaires en termes de fréquence de fonctionnement, type de polarisation, gains et espace de couverture, la conception de partage d'antenne est réalisée par changement de commutateur, combinateur ou diviseur de signal et application à partage de temps afin de minimiser le nombre d'antennes.

Conception d'intégration du frontend RF

Basé sur la technologie des dispositifs à large bande haute puissance, la technologie des microsystèmes, les MEMS (systèmes micro-électro-mécaniques) et la technologie distribuée, un système standard RF intégré est établi à travers la conception de généralisation, de numérisation et de modularisation. De plus, un canal de transceiver RF général et une plateforme matérielle sont mis en place, de sorte que le canal de système RF puisse être compatible avec tous les spectres, reconstructible, numérisé et microsystématisé.

Selon l'exigence de développement général du système de mission aéroporté et sa définition structurelle, ainsi que les principes de conception intégrée, les méthodes de conception d'intégration du frontend RF contiennent les aspects suivants :

• a. Canalisation RF. La discrétion et la dédication de chaque sous-système fonctionnel doivent être brisées et tous les systèmes RF reçoivent une conception de canalisation pour conduire le canal de transceiver RF à être compatible avec tous les spectres et généralement intégré.
• b. Modularisation des ressources. Toutes les ressources matérielles sont conçues à travers un cadre planaire, un backplane et des modules compatibles avec le standard afin d'atteindre l'assemblage uniforme de l'alimentation et de la dissipation thermique des modules de ressources matérielles.
• c. Généralisation des modules. Les modules de ressources publiques du frontend RF passent par une conception de généralisation, incluant le module d'alimentation, le module de réception, le module de commutation, et la généralisation est progressivement mise en œuvre sur le module de prétraitement multi-fonction. D'un côté, la généralisation de la conception des modules aide à réduire la classification des ressources. De l'autre côté, une base est établie pour la sauvegarde de fonction et la reconstruction.
• d. Standardisation des interfaces. Un bus standard est appliqué dans le frontend RF et le réseau de capteurs est accédé à travers un module d'interface général conçu uniformément. La standardisation des interfaces est capable de réduire efficacement le type et le nombre de bus du système, bénéfique pour l'interconnexion entre les systèmes.
• e. Unification de la gestion des ressources. Le module d'interface général au frontend RF reçoit et analyse uniformément les demandes d'administration de ressources du processeur central et les envoie aux modules de prétraitement correspondants et aux autres modules avec une administration uniforme sur le frontend RF complétée.

Méthodes de conception de modularisation

La section capteur appartenant au système de mission aéroporté, incluant le circuit analogique au frontend RF et le circuit numérique au backend RF, applique une structure de système ouverte et utilise des modules matériels standards avec différentes fonctions et peu de types qui contiennent le module de frontend RF, le module de réception général, le module de prétraitement, le module de traitement de signal, le module d'émission multi-fréquence, le module de modulation multi-fonction, l'unité d'interface d'antenne et la matrice de commutateur. Ces modules peuvent être combinés dynamiquement basés sur les demandes sur les fonctions RF des capteurs pour réaliser les fonctions de différents capteurs. Ils peuvent être conçus et fabriqués basés sur une dimension de standard structurel stringent et uniforme et être installés et utilisés sur un cadre d'installation standard.

L'unité d'interface d'antenne complète les fonctions de commutateurs de changement RF, responsable de l'envoi des signaux RF reçus par les antennes au module de frontend RF. Connectée avec le module d'émission multi-fréquence, l'unité d'interface d'antenne transmet les signaux RF qui sont prêts à être émis aux antennes correspondantes. L'unité d'interface d'antenne est capable de résoudre les conflits qui pourraient survenir quand les signaux de transceiver partagent l'antenne.

Le module de réception de frontend RF convertit les signaux RF en fréquence intermédiaire standard et le commutateur de fréquence intermédiaire transmet les signaux de fréquence intermédiaire sortis par le module de réception de frontend RF au module de réception général, les signaux de modulation de fréquence intermédiaire générés par le modulateur multi-fonction au module d'émission correspondant. Les commutateurs de fréquence intermédiaire sont responsables de la résolution des conflits qui peuvent être créés quand les signaux de transceiver de fréquence intermédiaire partagent le module de réception général et le module de modulateur multi-fonction.

Les signaux de fréquence intermédiaire sont transmis au préprocesseur de signal après qu'ils ont été traités par le module de réception général, incluant le filtrage passe-bande, la conversion A/D, et la DDC (Digital Down Conversion). Le préprocesseur de signal effectue le filtrage adapté sur les signaux après la numérisation du module de réception général, avec la transformation de phase du signal de base, la capture d'impulsion et le désétalement numérique complétés. De plus, il partage aussi une partie du travail de traitement des processeurs de signal et les signaux numériques après prétraitement sont transmis au module de traitement de signal. Dans le processus d'émission, le préprocesseur de signal envoie les signaux de base au modulateur multi-fonction après avoir mis en œuvre l'étalement de spectre numérique et la mise en forme d'impulsion.

Le module de traitement de signal est en charge du traitement de signal de toutes les fonctions des capteurs, incluant la démodulation, l'équilibre auto-adaptatif de canal, le codage et décodage de correction d'erreur et le chiffrement et déchiffrement.

Méthodes de conception de canalisation

Comme de multiples canaux travaillent ensemble ou indépendamment au frontend RF intégré et qu'une certaine forme d'onde de signal est en cours de traitement, toutes les ressources de modules matériels peuvent être combinées ensemble dans le réseau de conversion numérique pour créer un fil matériel supportant le traitement de la forme d'onde de signal. Le frontend RF intégré est capable de supporter de multiples fils matériels qui peuvent travailler uniformément ou indépendamment en conformité avec la stratégie de balayage d'antenne ou la procédure de traitement de signal. En résultat, le frontend RF du système est capable de traiter de multiples signaux avec de multiples fonctions atteintes basées sur la demande de traitement d'information du système. Des canaux redondants sont encore disponibles dans les canaux de RF, d'accord et de fréquence intermédiaire, de sorte que tous les canaux sont maintenus comme sauvegardes les uns des autres pour augmenter la fiabilité du système. S'il y a quelque chose de mal avec certains canaux de signal qui échouent à soutenir complètement le traitement parallèle de multiples signaux, différents fils de traitement parallèle ou de partage de temps peuvent être formés selon le mode de fonctionnement du système et la priorité de traitement de signal.

Comme indiqué dans la Figure 1, de nombreux canaux parallèles de multiples signaux sont disponibles dans le frontend RF, qui peuvent être commutés ou travailler en parallèle à travers le contrôle du système. Le canal de réception d'accord extrait toutes sortes de signaux relativement purs qui tombent ensuite en fréquence intermédiaire par conversion de fréquence. Tous les signaux peuvent être raisonnablement divisés en quelques canaux de fréquence intermédiaire publics avec des méthodes de partage de fréquence ou de partage de temps et sont traités dans le récepteur numérique multi-fonction après sélection et combinaison par l'array de commutateur. Le système applique un intégrateur de fréquence intégré avec des propriétés de large bande, multi-points de fréquence, agilité rapide et sortie de combinaison.

Méthodes de conception de microsystématisation

Les microsystèmes intègrent des composants tels que capteurs, circuits de lecture, processeur de signal numérique, AD/DA, composants de transceiver et alimentations dans une gamme micrométrique, de sorte que le volume et la consommation d'énergie peuvent être drastiquement réduits du système et de la configuration. La configuration du canal de transceiver RF microsystème, dispositif et composants avec l'application de la technologie 3S (Sop, Sip, Soc) conduit au développement clé de large bande de fréquence.

Technologies principales

Technologies de conception intégrée de système

La technologie de conception intégrée de système joue un rôle potentiel dans l'atteinte de l'intégration du système de mission, en faisant le meilleur usage de toutes sortes d'efficacité de dispositifs électroniques et en assurant les capacités militaires intégrées. En se centrant sur la perspective des systèmes, l'intégration doit être mise en œuvre sur sa composition, construction, fonctions et méthode d'interconnexion, de sorte que la conception d'intégration du système de mission puisse être optimisée. Conformément aux missions militaires et aux exigences de mission, la conception d'intégration du système de mission est responsable de la définition, l'analyse, la conception, le test et l'évaluation de l'ensemble du système, de sorte à conduire le système de mission à être compatible avec la demande de mission en termes de fonctions, performance, fiabilité, maintenance, supportabilité et coût de cycle de vie. Les concepteurs de système devraient participer à la planification et à la recherche conformément aux projets industriels conformes, durables et fondamentaux.

Technologie de conception de construction de système ouvert

La construction de système ouvert est bénéfique pour la formation de systèmes distribués, fournit la commodité pour l'interconnexion et l'interopération entre le matériel de différents fabricants, les ordinateurs avec des numéros de type variés ou autres. Elle est commode pour la transplantation et l'amélioration du matériel et du logiciel et l'expansion des fonctions du système. Aussi, elle aide à réduire la période de recherche et développement car elle supporte l'échelle volatile du système.

La clé de la mise en œuvre de la construction de système ouvert réside dans la fabrication de toutes sortes d'interfaces standard et la conformabilité, de sorte que le même standard et les mêmes règlements puissent être suivis par différentes unités de développement et de fabrication de produits. En plus du matériel, le logiciel est aussi impliqué dans la construction de système ouvert, jouant encore un rôle significatif dans le système ouvert logiciel, la réutilisabilité et l'échelle volatile. De plus, elle est considérée comme une mesure importante pour réduire le coût de cycle de vie du système et la période de développement. Une nouvelle version du logiciel de système de mission intégrée doit se conformer au standard et aux règlements uniformes, et certaines propriétés du logiciel, incluant la réutilisabilité, la standardisation, l'intellectualisation, la transplantation et la fiabilité, doivent être incluses parmi les paramètres caractéristiques de la technologie de logiciel représentatif.

Technologie de conception d'intégrité d'ouverture d'antenne

En tant que partie essentielle du système de mission aéroporté, l'antenne ou le réseau d'antennes est en charge de l'émission et de la réception de nombreux signaux radio. En raison d'un grand nombre de compositions de système, les demandes montent vers les types et la quantité d'antennes et différentes demandes sont disponibles en termes de gamme de fréquence de fonctionnement, mode de polarisation, gains et couverture de l'espace aérien. De plus, en raison de la limitation de l'espace de plateforme aéroportée et des positions d'installation d'antenne, la disposition d'antenne du système devient rugueuse, laissant une demande stringente pour la réduction du nombre d'antennes.

Pour abaisser la difficulté de la disposition d'antenne du système, la conception d'intégrité d'antenne ou de réseau d'antennes doit être réalisée après que les demandes sont satisfaites sur l'antenne en compatible avec les fonctions. Toutes les antennes doivent être intégrées et partagées pour les rendre le frontend de partage de capteurs, de sorte que l'ouverture d'antenne puisse être appliquée de manière intégrée. De plus, pour assurer la CEM (Compatibilité Électromagnétique) entre les fonctions pendant que le système fonctionne, une conception optimisée doit être prise sur la disposition d'antenne dans le système pour minimiser l'effet sur la performance d'antenne et l'effet mutuel entre les antennes.

Technologie CIP

Le CIP avec une intégration de haut niveau dans le système combine de multiples technologies avancées et beaucoup de fonctions de calcul, de traitement, de contrôle et d'administration sont complétées à l'intérieur. Le CIP est responsable du traitement intégré, de la fusion de données, du calcul de mission, de la génération d'information vidéo, du calcul de navigation, de la gestion de stockage, de la sauvegarde électronique et de la gestion de défense, de la gestion de communication, du contrôle de système et de la surveillance des pannes, de l'inspection et de la reconstruction des données d'entrée des capteurs. Beaucoup de caractéristiques significatives d'une nouvelle version de système de mission sont impliquées dans le CIP qui techniquement fait le meilleur usage des propriétés de module commun, de système de traitement parallèle et de système d'exploitation temps réel distribué, traite les ressources avec un cœur partagé et améliore la performance et la fiabilité pour répondre aux demandes de capacité de traitement aéroporté et de développement rapide de la capacité de calcul.

Technologie de numérisation de canal RF large bande configurable

Le système de mission aéroporté couvre une large gamme de fréquences, de nombreux types de méthodes de modulation de signal et de formats de signal et des niveaux de signal avec de grandes différences. Les dispositifs dans le système de communication matériel dense traditionnel présentent une relation d'interconnexion compliquée, un coût élevé, un niveau élevé de difficulté de mise à niveau et de transfert et une interconnexion difficile entre les systèmes. Par conséquent, il est nécessaire de dépendre de la radio logicielle et de la technologie d'échantillonnage RF, de pousser la numérisation vers l'avant et de réduire le canal de traitement du frontend RF et d'augmenter la réutilisation de fonction du traitement de signal numérique au backend afin de résoudre certains problèmes d'intégration concernant les multiples fonctions, la large gamme de fréquence et les multiples méthodes de modulation du système. De plus, l'application de matériel et logiciel modulaire apporte la commodité à la conception du système et l'introduction de nouvelles technologies, de sorte que la performance sera améliorée, le coût et le temps réduits.

Ressources utiles

• Revers et solutions dans la conception PCB RF
• Conception de circuit de module d'alimentation flyback pour lecteur RFID
• Directives pour la conception PCB RF et micro-ondes
• Service de fabrication PCB complet de PCBCart - Options à valeur ajoutée multiples
• Service d'assemblage PCB avancé de PCBCart - À partir de 1 pièce