小尺寸卫星通信解决方案

好处，可以进行配置以使其在任何给定波形环境中发挥作用。在当今的一些军用系统中，航空器上需要三到五个不同的收发器系统以帮助不同系统相互通信。将这些系统合并成一个与波形无关且具有软件定义灵活性的系统，可以让卫星尺寸缩小5倍。

低SWaP的设计挑战

随着来自低SWaP市场的需求不断增加，还有许多挑战需要克服。举例来说，单单滤波这一项要求就会使此类系统的尺寸增加不少。随着频率范围提高到Ka波段，当下变频到1 GHz中频(IF)时，越来越难以实现同样的抑制性能。这就需要增加滤波器数量或增大滤波器尺寸。而且这些滤波器并不便宜，每个通常要花费200美元或更多。就此而言，较高中频会很有利，因为这样可以降低滤波器要求。

此外，在低SWaP市场中，网络的不同节点以网格方式通信，部分网络没有地面基础设施。由于没有一个中央位置来执行处理，因此，各收发器必须能够处理收到的数据。传统卫星通信市场的天线与处理器之间是分离的，但在低SWaP市场，人们希望数字化处理和FPGA尽可能靠近天线。这种本地处理为此类网络应使用多少带宽设置了限制，因为要处理的带宽越宽，则所需的时钟速率和器件功耗越高。在传统固定安装的Ka波段网络中，可以使用高达1 GHz的瞬时带宽;在低SWaP市场中，100 MHz到200 MHz更符合实际。

为了解决这些接收机挑战，传统办法是采用超外差架构，其会将Ka波段下变频至L波段，在下变频到L波段之前可能还有一个中间级。这种方法需要使用大滤波器，器件数量多且功耗高，无法支持低SWaP要求。鉴于上述限制，典型超外差架构开始在此类应用中势微。

高中频架构

针对此类市场，更好且更合适的架构是高中频架构。这种架构利用了直接变频收发器相关技术的最新进展。在直接变频收发器中，输入RF能量直接变频到基带，并分割为I和Q两个单独的流。此类产品已将其频率范围提高到6 GHz，从而支持新的独特使用场景。过去，这些器件的性能满足不了要求超高性能的军用和商用系统的需要。但最新进展表明，利用这种技术可以满足高性能需求。

这些器件的一些最新进步包括：带宽更高、线性度更好、集成数字信号处理功能更多、校准更轻松。这些器件的典型带宽高达200 MHz，而且可以针对不需要高带宽的情况进行调整。在频谱拥挤的环境中，此类器件的高线性度还有助于提高性能。这会使灵敏度略有降低，但在这种环境中，此类折中是必要的。此外，集成DSP功能可降低系统中FPGA的负担，节省功耗，减少复杂性。这些器件集成的FIR滤波器可进一步帮助解决拥挤环境中常见的许多通道选择率问题。

此类器件的另一个进步是集成了连续时间Σ-Δ型ADC (CTSD)。抗混叠滤波是这类ADC的固有功能，因此不再需要SAW滤波器，这有助于降低此类系统的延迟。

在高中频架构中，Ka波段不是直接变频为基带，而是先转换到高中频，然后馈入直接变频接收机。由于此类转换器的频率范围得到提高，该中频可以放在5 GHz到6 GHz之间。中频频率从1 GHz(当今的典型系统)提高到5 GHz，使得镜像频率范围比以前离得更远，故而前端滤波要求大大降低。前端滤波简化是缩小此类系统尺寸的一个因素。

采用AD9371的系统示例

图1显示了此类系统的一个例子。该系统由一个17 GHz到21 GHz的接收机通道和一个27 GHz到31 GHz的独立发射机通道组成。从接收机通道开始，输入RF能量先由Ka波段LNA放大，再进行滤波，以让17 GHz到21 GHz信号通过混频器。混频器利用一个22 GHz到26 GHz范围的可调谐LO将17 GHz到21 GHz频段以100 MHz一段下变频至5 GHz IF。前端滤波器处理27 GHz到31 GHz范围中的镜像抑制、LO抑制和带外信号的一般抑制，防止来自m × n镜像的杂散信号通过混频器。此滤波器很可能需要定制，但由于对此滤波器的要求降低，所以其尺寸、重量和成本会比传统系统要低。

一旦将RF前端转换到5 GHz的高中频，就会进行进一步放大和滤波，然后发送到AD9371。高中频所需的滤波比较弱，利用现成的廉价小型LTCC滤波器即可轻松完成。这里的关键点是要确保无中频谐波影响AD9371。

在发射侧，AD9371可用来产生并输出最高+4 dBm的5 GHz波形。IF位于5.3 GHz的频率，不同于接收机上的5.1 GHz，这是为了降低两个通道之间发生串扰的可能性。然后对输出滤波以降低谐波水平，接着馈入上变频混频器，变频到27 GHz至31 GHz前端。这可以利用与接收机侧相同的22 GHz至26 GHz范围的LO来完成。

此外，采用直接变频收发器可为频率规划提供更大的灵活性。这里仅给出了一个例子，但还有许多可能的频段可以使用相同的架构。AD9371能够快捷轻松地改变其IF频率，使得系统可