Abordagens de projeto de RF integradas reconfiguráveis ​​de canalização do sistema de missão aérea

Com o desenvolvimento da microeletrônica e da tecnologia de dispositivos de largura de banda impulsionando a digitalização, a integração de RF subirá para um nível mais alto com largura de banda mais ampla e redução gradual em termos de volume, peso e custo. Além disso, mudanças revolucionárias ocorrerão na configuração do hardware do sistema e a estrutura integrada e a generalização do hardware serão uma tendência inevitável. Através da integração do sistema de missão aerotransportada e do projeto de miniaturização, as antenas de todos os sistemas podem ser resumidas ou reconstruídas em antenas com um número baixo de acordo com a banda de frequência e funções. Além disso, o processamento abrangente é feito na antena, circuito analógico, circuito de controle, circuito digital e rede de conexão para que um sistema de transceptor de RF possa ser criado com amplo espectro de frequência, múltiplos canais e auto adaptabilidade. O objetivo da RF integrada está na redução de custo, peso e volume, de modo que os usuários considerem o custo aceitável, aumentando a praticidade e a confiabilidade. Com base em experimentos, comprova que o MTBCF (Mean Time Between Critical Failures) de sistemas integrados pode ser aumentado em duas vezes por meio de comunidade, módulos, compartilhamento de recursos, testabilidade e reconstrução para realizar os objetos discutidos acima.

Análise de Projeto de RF Integrada

Devido a uma série de limitações de imóveis no porto, peso, espaço e fonte de alimentação, o projeto de integração é aplicado por sistemas de missão aerotransportada para integrar e compartilhar recursos com funções semelhantes. Como resultado, ao garantir a implementação dos índices funcionais do sistema, objetivos serão alcançados incluindo leveza, miniaturização e baixo consumo de energia para ser compatível com a necessidade de montagem do avião.


uma. Do ponto de limitação do sistema, as antenas em todos os sensores e sistema transceptor são responsáveis ​​pela maior parte de todo o sistema em termos de luz, espaço e consumo de energia, responsáveis ​​pela emissão e percepção do sinal. Para atender a todas as demandas discutidas acima, é necessário realizar o projeto do sistema de RF integrado:
b. Do ponto de vista da capacidade do sistema, o feedback rápido de acordo com as demandas militares exige uma flexibilidade funcional tão alta que novas funções podem ser adicionadas com um baixo custo durante um curto período de tempo para obter uma rápida atualização do sistema e expansão das funções.
c. Do ponto de vista da melhoria da configuração dos equipamentos, é eficaz implementar o projeto integrado, a coleta digital e o compartilhamento de informações.
d. Do ponto de vista da flexibilidade da plataforma, a aplicação do projeto de RF integrado leva o transportador aéreo a atender aos requisitos relativos à adaptabilidade da montagem por meio da redução de peso e energização. Além disso, uma série de problemas podem ser resolvidos com sucesso, como bloqueio, interferência eletromagnética e aumento da área de reflexão como resultado do aumento da conta da antena.

Atributos de RF Integrada

Para ser compatível com recursos limitados na plataforma e atender a demanda da operação militar, uma configuração aberta é aplicada no sistema de missão aerotransportada com módulo básico contribuindo para todo o sistema. O projeto de RF integrado combina detecção de radar, detecção passiva, comunicação/cadeia de dados e IFF (Identification Friend or Foe) para que um dispositivo eletrônico integrado possa ser gerado com vários espectros, vários meios e auto adaptabilidade.


Os atributos da RF integrada incluem:

uma. Construção de RF aberta;
b. Incorporação plena da digitalização, modularização, generalização e padronização;
c. Capaz de ser robusto e tolerante a falhas;
d. Capacidade de desenvolvimento secundário;
e. Alta confiabilidade, acesso a suporte, expansibilidade, peso leve e baixo custo etc.

Elementos no projeto de RF integrado

• Elementos de Design de Integração de Recepção de Rádio


A integração de recepção de rádio refere-se ao processo em que diferentes sistemas de missão compartilham um canal de entrada de RF e alcançam sua própria função de recepção de sinal. As funções do canal de recepção exigem que os sinais de RF recebidos pelas antenas de recepção sejam amplificados, filtrados, convertidos em frequência, digitalizados e pré-processados ​​de sinal e sejam enviados para o processador central integrado para processamento de sinal e processamento de dados. Um dos sinais possivelmente requer vários canais de recepção que precisam ser operados em conjunto com demandas de desempenho, incluindo compartilhamento de handover de rede, amplificação de baixo ruído, ganhos de canal, AGC, faixa dinâmica, largura de banda de canal e equilíbrio de canal.


Os seguintes elementos devem ser levados em consideração em relação à integração da recepção de rádio:

uma. Frequência de operação;
b. Largura de banda transitória do canal de recepção;
c. Dinâmica transitória dos sinais de recepção;
d. Sensibilidade dos sinais de recepção;
e. Largura de banda de saída maior que a largura de banda geral quando todas as missões estão mantendo o mesmo canal.


• Elementos de Projeto de Integração de Emissão de RF


A integração de emissão de RF aciona diferentes sistemas de missão para compartilhar o canal de saída de RF para completar suas próprias funções de emissão de sinal. Os canais de emissão fornecem a forma de onda do sinal correspondente, modulação, conversão de frequência, amplificação do drive e saída de energia que será enviada às antenas. Seu desempenho líder está na forma de onda do sinal, estabilidade do sinal, ganhos de canal, faixa dinâmica, potência de saída e pureza do espectro de saída.


Os seguintes elementos devem ser levados em consideração em relação à integração de emissões de RF:

uma. Frequência de operação;
b. Largura de banda transitória do canal de emissão;
c. SFDR (Spurious Free Dynamic Range) de sinais emitidos;
d. Frequência dos sinais emitidos;
e. Forma de onda do sinal de saída.


Os elementos mencionados acima devem ser assegurados pela emissão integrada de RF. Diferente da integração de recepção de rádio que é capaz de receber sinais ao mesmo tempo, alguns problemas ainda estão disponíveis na emissão no mesmo tempo, o que ocorre principalmente com a forma de onda da largura de banda. A questão-chave reside no fato de que a emissão comum multi-fonte deixa altas demandas na linearidade do amplificador de potência.

Métodos de Projeto de RF Integrada

• Método de Design de Integração de Abertura de Antena


A antena integrada ou matriz de antenas é um componente físico fundamental que contribui para o sistema de missão aerotransportada e implementa a conversão entre energia de RF elétrica espacial e energia de RF elétrica de alta frequência por subsistemas. De acordo com o requisito em termos de domínio do ar, domínio da frequência, domínio do tempo e domínio da modulação, juntamente com suas propriedades em funções, modo de operação, faixa de frequência de operação, cobrindo domínio do ar, período de operação, modo de modulação, polarização e adaptabilidade aérea, todos os tipos de antenas devem ser integradas e tecnologias avançadas do projeto atual de antenas devem ser aplicadas tanto quanto possível, como super largura de banda, conformal, miniaturização, abertura comum e reconstrução. A meta de design ideal deve ser atingida em torno de índice, volume, peso e custo e todos os tipos de antenas devem receber design integrado com suas funções e frequências otimizadas liberadas para finalmente integrar a abertura da antena.


uma. Projeto de tipo integrado. Com requisitos como frequência de operação, cobrindo domínio aéreo e polarização considerados, antenas com alta largura de banda, alta eficiência e altos ganhos devem ser aplicadas e a antena ou conjunto de antenas deve receber design uniforme com classificação de antena simplificada.


b. Design de abertura integrado. Com a demanda no desempenho da antena atendida, o projeto de abertura comum deve ser realizado na antena ou no conjunto de antenas, tanto quanto possível, com uma meta de projeto otimizada em custo, volume e peso. Com base em considerações sobre a frequência de operação da antena, posição de montagem, tamanho do espaço e alcance de cobertura e resultado da discussão fundamental, o projeto de abertura comum é implementado em antenas com posições de montagem semelhantes, de modo que várias antenas ou matriz de antenas sejam dispostas na mesma abertura para reduzir o espaço de montagem da antena e melhorar a eficiência de uso da abertura.


c. Projeto de compartilhamento de antena. Quando se trata de antenas com requisitos de índice semelhantes em termos de frequência de operação, tipo de polarização, ganhos e espaço de cobertura, o projeto de compartilhamento de antenas é realizado através de comutação de switch, combinador ou divisor de sinal e aplicação de compartilhamento de tempo para minimizar a conta de antenas .


• Projeto de integração de front-end de RF


Com base na tecnologia de dispositivos de largura de banda de alta potência, Tecnologia de Microssistemas, MEMS (sistema micro eletromecânico) e tecnologia distribuída, um sistema padrão de RF integrado é estabelecido por meio de design de generalização, digitalização e modularização. Além disso, o canal geral do transceptor de RF e a plataforma de hardware são configurados para que o canal do sistema de RF possa ser compatível com todo o espectro, reconstruível, digitalizado e microssistematizado.


De acordo com os requisitos gerais de desenvolvimento do sistema de missão aerotransportada e sua definição estrutural, juntamente com os princípios de projeto integrados, os métodos de projeto de integração de front-end de RF contêm os seguintes aspectos:
a. Canalização de RF. A discrição e a dedicação de cada subsistema funcional devem ser quebradas e todos os sistemas de RF recebem design de canalização de modo a levar o canal do transceptor de RF a ser todo o espectro compatível e geralmente integrado.
b. Modularização de recursos. Todos os recursos de hardware são projetados através de estrutura plana, backplane e módulos compatíveis com o padrão, a fim de obter alimentação de montagem uniforme e dissipação térmica dos módulos de recursos de hardware.
c. Generalização do módulo. Os módulos de recursos públicos front-end de RF passam pelo design de generalização, incluindo módulo de fonte de alimentação, módulo de recepção e módulo de comutação e o design de generalização é implementado gradualmente no módulo de pré-processamento multifuncional. Por um lado, o design de generalização de módulos ajuda a reduzir a classificação de recursos. Por outro lado, são estabelecidas bases para backup e reconstrução de funções.
d. Padronização de interfaces. O barramento padrão é aplicado no front-end de RF e a rede de sensores é acessada por meio de um módulo de interface geral de design uniforme. A padronização das interfaces é capaz de reduzir efetivamente o tipo e o número do barramento do sistema, benéfico para a interconexão entre os sistemas.
e. Unificação da gestão de recursos. O módulo de interface geral no front-end de RF recebe e analisa uniformemente as demandas de administração de recursos do processador central e os envia para os módulos de pré-processamento correspondentes e outros módulos com administração uniforme no front-end de RF concluída.

Métodos de projeto de modularização

Seção de sensor pertencente ao sistema de missão aerotransportada, incluindo circuito analógico na extremidade frontal de RF e circuito digital na extremidade traseira de RF, aplica uma estrutura de sistema aberta e usa módulos de hardware padrão com funções diferentes e alguns tipos que contêm módulo frontal de RF, módulo de recepção geral, módulo de pré-processamento, módulo de processamento de sinal, módulo de emissão multifrequência, módulo modulador multifuncional, unidade de interface de antena e matriz de chaveamento de matriz. Esses módulos podem ser combinados dinamicamente com base nas demandas das funções de RF dos sensores para realizar funções de diferentes sensores. Eles podem ser projetados e fabricados com base em dimensões padrão estruturais rigorosas e uniformes e ser instalados e usados ​​em uma estrutura de instalação padrão.


A unidade de interface de antena completa as funções dos comutadores de RF, responsáveis ​​por enviar os sinais de RF recebidos pelas antenas para o módulo front-end de RF. Conectada ao módulo emissor multifrequência, a unidade de interface da antena transmite sinais de RF que estão prontos para serem emitidos para as antenas correspondentes. A unidade de interface de antena é capaz de resolver conflitos que possivelmente ocorrerão quando os sinais do transceptor estiverem compartilhando a antena.


O módulo de recepção de front-end de RF converte sinais de RF em frequência média padrão e o interruptor de frequência média transmite sinais de média frequência emitidos pelo módulo de recepção de front-end de RF para o módulo de recepção geral, sinais de modulação de média frequência gerados pelo modulador multifuncional para o módulo emissor correspondente. Os comutadores de média frequência são responsáveis ​​por resolver conflitos que podem ser criados quando os sinais de média frequência do transceptor estão compartilhando o módulo de recepção geral e o módulo modulador multifuncional.


Os sinais de média frequência são transmitidos ao pré-processador de sinal após serem processados ​​pelo módulo de recepção geral, incluindo filtragem passa-banda, conversão A/D e DDC (Digital Down Conversion). O pré-processador de sinal realiza a filtragem combinada em sinais após a digitalização do módulo de recepção geral com a transformação de fase do sinal de banda base, captura de pulso e difusão digital concluída. Além disso, ele também compartilha parte do trabalho de processamento dos processadores de sinal e os sinais digitais após o pré-processamento são transmitidos para o módulo de processamento de sinal. No processo de emissão, o pré-processador de sinal envia sinais de banda base para o modulador multifuncional após implementar o espectro de espalhamento digital e a modelagem de pulso.


O módulo de processamento de sinal é responsável pelo processamento de sinal de todas as funções dos sensores, incluindo demodulação, equilíbrio autoadaptativo de canal, codificação e decodificação de correção de erros e criptografia e descriptografia.

Métodos de design de canalização

Como vários canais estão trabalhando juntos ou independentemente no front-end de RF integrado e uma determinada forma de onda do sinal está sendo processada, todos os recursos do módulo de hardware podem ser combinados dentro da rede de conversão digital para criar um thread de hardware que suporte o processamento da forma de onda do sinal. O front-end de RF integrado é capaz de suportar vários threads de hardware que podem funcionar de maneira uniforme ou independente em conformidade com a estratégia de varredura de antena ou procedimento de processamento de sinal. Como resultado, o front-end de RF do sistema é capaz de processar vários sinais com várias funções alcançadas com base na demanda de processamento de informações do sistema. Canais redundantes ainda estão disponíveis em canais de RF, sintonia e média frequência para que todos os canais sejam mantidos como backups entre si para aumentar a confiabilidade do sistema. Se houver algo errado com alguns canais de sinal que não suportam completamente o processamento paralelo de vários sinais, diferentes threads de processamento paralelo ou de compartilhamento de tempo podem ser formados de acordo com o modo de funcionamento do sistema e a prioridade de processamento do sinal.



Conforme indicado na Figura 1, vários canais paralelos de múltiplos sinais estão disponíveis no front-end de RF, que podem ser comutados ou funcionar de forma paralela através do controle do sistema. O canal de recepção de sintonia extrai todos os tipos de sinais relativamente puros que então caem na frequência média através da conversão de frequência. Todos os sinais podem ser razoavelmente divididos em alguns canais públicos de média frequência com métodos de compartilhamento de frequência ou compartilhamento de tempo e são processados ​​em um receptor digital multifuncional após a seleção e combinação por matriz de comutadores. O sistema aplica integrador de frequência integrado com propriedades de banda larga, frequência multiponto, agilidade rápida e saída combinada.

Métodos de projeto de microssistemas

A Microsystems integra componentes como sensores, circuitos de leitura, processador de sinal digital, AD/DA, componentes de transceptor e fontes de alimentação dentro da faixa de micrômetros para que o volume e o consumo de energia possam ser drasticamente reduzidos do sistema e da configuração. A configuração do microssistema, dispositivo e componentes do canal do transceptor de RF com aplicação da tecnologia 3S (Sop, Sip, Soc) leva ao desenvolvimento chave da ampla banda de frequência.

Tecnologias líderes

• Tecnologias de Projeto Integrado do Sistema


A tecnologia de projeto integrado do sistema desempenha um papel potencial em alcançar a integração do sistema de missão, fazendo o melhor uso de todos os tipos de eficiência de dispositivos eletrônicos e garantindo capacidades militares integradas. Centrando-se na perspectiva dos sistemas, a integração deve ser implementada em sua composição, construção, funções e método de interconexão para que o projeto de integração do sistema de missão possa ser otimizado. Em conformidade com as missões militares e os requisitos da missão, o projeto de integração do sistema de missão é responsável por definir, analisar, projetar, testar e avaliar todo o sistema de modo a conduzir o sistema de missão para ser compatível com a demanda da missão em termos de funções, desempenho, confiabilidade, manutenção, suporte e custo do ciclo de vida. Os projetistas de sistemas devem participar do planejamento e da pesquisa de acordo com os projetos fundamentais, duradouros e fundamentais da indústria.


• Tecnologia de Projeto de Construção de Sistema Aberto


A construção de sistemas abertos é benéfica para a formação de sistemas distribuídos, proporcionando conveniência para interconexão e interoperabilidade entre hardwares de diferentes fabricantes, computadores com números de tipo variados ou outros. É conveniente para transplante de hardware e software e aprimoramento e expansão das funções do sistema. Além disso, ajuda a diminuir o período de pesquisa e desenvolvimento, pois suporta a escala volátil do sistema.


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