空中ミッション システムのチャネライゼーション帯域幅再構成可能な統合 RF 設計アプローチ
デジタル化を推進するマイクロエレクトロニクスと帯域幅デバイス技術の発展に伴い、RF 統合はより高いレベルに達し、より広い帯域幅と、体積、重量、およびコストの点での漸進的な削減が実現します。さらに、システムのハードウェア構成と統合構造に革命的な変化が起こり、ハードウェアの一般化が避けられない傾向になります。空中ミッションシステムの統合と小型化設計により、すべてのシステムのアンテナを周波数帯域と機能に応じて少数のアンテナに集約または再構築できます。また、アンテナ、アナログ回路、制御回路、デジタル回路、接続ネットワークを総合的に処理することで、広い周波数スペクトル、多チャンネル、自己適応性を備えたRF送受信システムを構築できます。統合型 RF の目的は、コスト、重量、および体積を削減することであり、これにより、ユーザーは実用性と信頼性の両方が向上し、コストを許容できると考えるようになります。実験に基づいて、コミュニティ、モジュール、リソース共有、テスト容易性、および再構築により、統合システムの MTBCF (重大な障害の平均時間) を 2 倍に増やして、上記の目的を実現できることが証明されています。
統合 RF の設計分析
ポート、重量、スペース、および電源に関する不動産の一連の制限により、空中ミッションシステムによって統合設計が適用され、同様の機能を持つリソースを統合および共有します。その結果、システムの機能指標の実装を確保する際に、軽量化、小型化、低消費電力などの目標が実現され、航空機の組み立ての要件に適合するようになります。
を。システムの制限という点から、すべてのセンサーとトランシーバー システムのアンテナは、光、面積、消費電力の点でシステム全体の大部分を占め、信号の放出と信号の認識を担っています。上記のすべての要求を満たすには、統合された RF システム設計を実行する必要があります。
b.システム能力の観点から、軍の要求に応じた迅速なフィードバックは、迅速なシステムのアップグレードと機能拡張を実現するために、新しい機能を短期間に低コストで追加できるような高い機能的柔軟性を必要とします。
c.
d.設備構成改善の観点からは、統合設計、デジタル収集、情報共有化が有効である。プラットフォームの柔軟性の点から、統合された RF 設計の適用により、空中キャリアは、軽量化と通電によるアセンブリの適応性に関する要件を満たすことができます。さらに、アンテナアカウントの増加の結果としてのブロッキング、電磁干渉、反射領域の増加など、一連の問題をうまく解決できます。
統合 RF の属性
プラットフォーム上の限られたリソースと互換性があり、軍事作戦の要求を満たすために、システム全体に貢献する基本モジュールを備えた空挺ミッション システムにオープン構成が適用されます。統合 RF 設計は、レーダー検出、パッシブ検出、通信/データ チェーン、IFF (敵味方識別) を組み合わせて、複数のスペクトル、複数の手段、および自己適応性を備えた統合電子デバイスを生成できるようにします。
統合された RF の属性は次のとおりです。
を。 RF構造を開く;
b.デジタル化、モジュール化、一般化、標準化の完全な具現化;
c.堅牢でフォールトトレラントであることができる;
d.二次発達能力;
e.高い信頼性、サポートへのアクセス、拡張性、軽量、低コストなど
統合 RF 設計の要素
• 無線受信統合の設計要素
無線受信の統合とは、異なるミッション システムが共通して RF 入力チャネルを共有し、独自の信号受信機能を実現するプロセスを指します。受信チャネルの機能では、受信アンテナで受信した RF 信号を増幅、フィルター処理、周波数変換、デジタル化、信号前処理し、信号処理とデータ処理のために統合コア プロセッサに出力する必要があります。信号の 1 つは、ネットワーク ハンドオーバーの共有、低ノイズ増幅、チャネル ゲイン、AGC、ダイナミック レンジ、チャネル帯域幅、チャネル バランスなどのパフォーマンス要求と共に動作する必要がある複数の受信チャネルを必要とする可能性があります。
無線受信の統合に関して、次の要素を考慮する必要があります:
を。動作周波数;
b.受信チャネルの過渡帯域幅;
c.受信信号の過渡ダイナミック;
d.受信信号の感度;
e.すべてのミッションが同じチャネルを保持している場合、全体の帯域幅よりも大きな帯域幅を出力します。
• RF エミッション統合の設計要素
RF エミッションの統合により、さまざまなミッション システムが RF 出力チャネルを共通に共有し、独自の信号エミッション機能を完成させることができます。放射チャネルは、対応する信号波形、変調、周波数変換、駆動増幅、およびアンテナに送信される電力出力を提供します。その優れた性能は、信号波形、信号の安定性、チャネル ゲイン、ダイナミック レンジ、出力電力、および出力スペクトルの純度にあります。
RF エミッションの統合に関して、次の要素を考慮する必要があります。
を。動作周波数;
b.放射チャネルの過渡帯域幅;
c.放射信号のSFDR (スプリアス フリー ダイナミック レンジ);
d.発信信号の頻度;
e.出力信号波形。
上記の要素は、統合された RF エミッションによって確保する必要があります。同時に信号を受信できる電波受信統合とは異なり、特に帯域幅波形で発生する同時放射にはいくつかの問題があります。重要な問題は、複数ソースの共通放射により、パワー アンプの線形性に対する要求が高くなるという事実にあります。
統合 RF の設計方法
• アンテナ開口統合の設計法
統合アンテナまたはアンテナ アレイは、空中ミッション システムに貢献する重要な物理コンポーネントであり、サブシステムによる宇宙電気 RF エネルギーと高周波電気 RF エネルギーとの間の変換を実装します。空気領域、周波数領域、時間領域、および変調領域に関する要件に応じて、機能、動作モード、動作周波数範囲、空気領域、動作期間、変調モード、偏光および空中適応性など、あらゆる種類の特性に関する特性に応じてのアンテナを統合し、超帯域幅、コンフォーマル、小型化、共通開口、再構成など、現在のアンテナ設計の高度な技術を可能な限り適用する必要があります。最適な設計目標は、インデックス、体積、重量、およびコストに当てはまり、あらゆる種類のアンテナは、最終的にアンテナ開口部を統合するために、機能と周波数が最適化された統合設計をリリースする必要があります。
を。一体型設計。動作周波数、空気領域のカバー、偏波などの要件を考慮して、高帯域幅、高効率、高ゲインのアンテナを適用する必要があり、アンテナまたはアンテナ アレイは、アンテナの分類を簡素化した統一設計を受ける必要があります。
b.統合された絞り設計。アンテナ性能に対する要求が満たされると、コスト、体積、および重量の最適化された設計目標を使用して、アンテナまたはアンテナ アレイで可能な限り共通の開口設計を実行する必要があります。アンテナの動作周波数、アセンブリ位置、スペース サイズとカバー範囲、および基本的な議論の結果に関する考慮事項に基づいて、アンテナ アセンブリ スペースを削減するために、複数のアンテナまたはアンテナ アレイが同じアパーチャに配置されるように、同様のアセンブリ位置を持つアンテナに共通のアパーチャ設計が実装されます。絞りの使用効率を向上させます。
c.アンテナ共用設計。動作周波数、偏波タイプ、ゲイン、およびカバー スペースに関して同様のインデックス要件を持つアンテナに関しては、アンテナのアカウントを最小限に抑えるために、スイッチの切り替え、信号コンバイナーまたはスプリッター、および時分割アプリケーションによって、アンテナ共有設計が実行されます。 .
• RF フロントエンド統合設計
高出力帯域幅デバイス技術、マイクロシステム技術、MEMS (マイクロ電子機械システム)、および分散技術に基づいて、統合された RF 標準システムは、一般化、デジタル化、およびモジュール化設計によって確立されます。さらに、RF システム チャネルがすべてのスペクトルと互換性があり、再構築可能で、デジタル化され、マイクロシステム化されるように、一般的な RF トランシーバー チャネルとハードウェア プラットフォームがセットアップされます。
空中ミッション システムの一般的な開発要件とその構造定義、および統合設計原則に従って、RF フロント エンド統合設計方法には次の側面が含まれます。
a. RF チャネライゼーション。
b. 各機能サブシステムの離散性と専念を打破し、すべての RF システムがチャネライゼーション設計を受けて、RF トランシーバ チャネルがすべてのスペクトルと互換性があり、一般的に統合されるようにする必要があります。
b.リソースのモジュール化。すべてのハードウェア リソースは、均一なアセンブリ電源とハードウェア リソース モジュールの熱放散を実現するために、標準に準拠したプレーン フレーム、バック プレーン、およびモジュールを通じて設計されています。
c.モジュールの一般化。 RF フロント エンドのパブリック リソース モジュールは、電源モジュール、受信モジュール、およびスイッチ モジュールを含む一般化設計を経て、一般化設計は多機能前処理モジュールに徐々に実装されます。一方では、モジュールの一般化設計は、リソースの分類を減らすのに役立ちます。一方、機能のバックアップと再構築のための基盤が確立される。
d.インターフェイスの標準化。標準バスは RF フロント エンドに適用され、センサ ネットワークは統一設計された汎用インターフェイス モジュールを介してアクセスされます。インタフェースの標準化は、システムバスの種類と数を効果的に減らすことができ、システム間の相互接続に有益である。
e.リソース管理の統合。 RF フロント エンドの汎用インターフェイス モジュールは、コア プロセッサからのリソース管理要求を一様に受信して分析し、RF フロント エンドの一様管理が完了した対応する前処理モジュールおよび他のモジュールに送信します。
モジュール化の設計方法
RFフロントエンドのアナログ回路とRFリアエンドのデジタル回路を含む空中ミッションシステムに属するセンサー部分は、オープンシステム構造を適用し、RFフロントエンドモジュール、一般受信モジュール、前処理モジュール、信号処理モジュール、多周波放射モジュール、多機能変調器モジュール、アンテナ インターフェイス ユニット、マトリックス スイッチ アレイ。これらのモジュールは、さまざまなセンサーの機能を実現するために、センサーの RF 機能に対する要求に基づいて動的に組み合わせることができます。厳密で統一された構造標準寸法に基づいて設計および製造され、標準の取り付けフレームに取り付けて使用できます。
アンテナ インターフェイス ユニットは、アンテナで受信した RF 信号を RF フロント エンド モジュールに送信する役割を担う、RF 切り替えスイッチの機能を完了します。多周波エミッターモジュールに接続されたアンテナインターフェースユニットは、対応するアンテナに放射する準備ができている RF 信号を送信します。アンテナ インターフェイス ユニットは、トランシーバー信号がアンテナを共有しているときに発生する可能性がある競合を解決できます。
RFフロントエンド受信モジュールはRF信号を標準の中周波に変換し、中周波スイッチはRFフロントエンド受信モジュールによって出力された中周波信号を一般的な受信モジュールに送信し、多機能変調器によって生成された中周波変調信号を対応するエミッタモジュールに送信します。中周波スイッチは、トランシーバの中周波信号が一般的な受信モジュールと多機能変調器モジュールを共有しているときに発生する可能性のある競合を解決する役割を果たします。
中周波信号は、バンドパス フィルター、A/D 変換、DDC (デジタル ダウン コンバージョン) などの一般的な受信モジュールで処理された後、信号前処理装置に送信されます。信号前処理部は、ベースバンド信号の位相変換、パルス捕捉、デジタル逆拡散が完了した一般受信モジュールのデジタル化後の信号に対して整合フィルタ処理を行います。また、信号処理部の処理業務の一部を分担し、前処理後のデジタル信号を信号処理モジュールに伝送します。送信の過程で、信号プリプロセッサは、デジタル スペクトラム拡散とパルス整形を実装した後、ベースバンド信号を多機能変調器に送信します。
信号処理モジュールは、復調、チャネル自己適応バランス、誤り訂正符号化と復号化、暗号化と復号化を含む、すべてのセンサー機能の信号処理を担当します。
チャネライゼーションの設計方法
統合された RF フロント エンドで複数のチャネルが連携または独立して動作し、特定の信号波形が処理されると、すべてのハードウェア モジュール リソースをデジタル変換ネットワーク内で結合して、信号波形処理をサポートするハードウェア スレッドを作成できます。統合された RF フロント エンドは、複数のハードウェア スレッドをサポートできます。これらのハードウェア スレッドは、アンテナ スキャン戦略または信号処理手順に従って均一にまたは独立して動作します。その結果、システムの RF フロント エンドは、システム情報処理の要求に基づいて実現される複数の機能を備えた複数の信号を処理することができます。システムの信頼性を高めるために、すべてのチャネルが相互にバックアップとして維持されるように、RF、チューニング、および中周波数のチャネルで冗長チャネルが引き続き利用可能です。複数の信号の並列処理を完全にサポートできない信号チャネルに問題がある場合、システムの動作モードと信号処理の優先度に従って、異なる並列または時分割処理スレッドを形成できます。
マイクロシステム化の設計方法
Microsystems は、センサー、読み取り回路、デジタル信号プロセッサ、AD/DA、トランシーバー コンポーネント、電源などのコンポーネントをマイクロメートルの範囲内で統合することで、システムと構成の体積と消費電力を大幅に削減することができます。 3S (Sop、Sip、Soc) テクノロジを適用した RF トランシーバ チャネル マイクロシステム、デバイス、およびコンポーネントの構成は、広い周波数帯域の重要な開発につながります。
最先端のテクノロジー
• システムの統合設計技術
システムの統合設計技術は、ミッション システムの統合に到達し、あらゆる種類の電子デバイスの効率を最大限に活用し、統合された軍事能力を確保する上で潜在的な役割を果たします。システムの観点を中心に、ミッションシステムの統合設計を最適化できるように、その構成、構造、機能、および接続方法を統合する必要があります。ミッション システム統合設計は、軍事ミッションおよびミッション要件に準拠し、ミッション システムを機能、性能、信頼性、保守、サポート性とライフサイクル コスト。システム設計者は、業界に準拠した長期にわたる基本的なプロジェクトに従って、計画と調査に参加する必要があります。
• オープンシステム構築設計技術
オープンなシステム構築は、分散型システムの形成に有利であり、異なるメーカーのハードウェア、さまざまな種類の数のコンピュータなどの間の相互接続と相互運用に便利です。 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
産業技術