Avantages des architectures d’échantillonnage RF direct

Pour comprendre l’architecture RF directe, il est important de savoir en quoi elle diffère des autres architectures RF.

Dans une architecture hétérodyne, une fois que le récepteur a reçu le signal à des fréquences RF, il convertit le signal en une fréquence intermédiaire inférieure (FI) où il est numérisé, filtré puis démodulé. La figure 1 montre un diagramme du récepteur hétérodyne. Comme vous le constatez, l’instrument possède un frontal RF composé d’un filtre passe-bande, d’un amplificateur faible bruit, d’un mélangeur et d’un oscillateur local (LO).

Figure 1. Ce diagramme de récepteur hétérodyne représente un instrument doté d’une interface RF composée d’un filtre passe-bande, d’un amplificateur faible bruit, d’un mélangeur et d’un oscillateur local.

Cependant, une architecture de récepteur d’échantillonnage RF direct est uniquement constituée d’un amplificateur faible bruit, de filtres appropriés et du C A/N. Le récepteur de la figure 2 n’utilise pas de mélangeur ni d’oscillateur local. Le C A/N numérise directement le signal RF et l’envoie à un processeur. Dans cette architecture, vous pouvez implémenter de nombreux composants analogiques du récepteur dans le DSP. Par exemple, au lieu d’un mélangeur, vous pouvez utiliser la conversion numérique directe (DDC) pour isoler vos signaux cibles. Par ailleurs, dans la plupart des cas, vous pouvez remplacer une grande partie du filtrage analogique par un filtrage numérique, à l’exception des filtres anti-repliement ou de reconstruction.

Comme la conversion de fréquence analogique n’est pas nécessaire, la conception matérielle globale d’un récepteur d’échantillonnage RF direct est beaucoup plus simple, ce qui permet de réduire le format et les coûts de conception.

Figure 2. Une architecture de récepteur d’échantillonnage RF direct peut être uniquement constituée d’un amplificateur faible bruit, de filtres appropriés et du convertisseur analogique-numérique.

Avant l’évolution des technologies de conversion au cours des dernières années, l’architecture d’échantillonnage direct n’était pas pratique en raison des limites de la fréquence d’échantillonnage et de la résolution du convertisseur. Les fabricants de semi-conducteurs ont pu étendre la résolution à des fréquences d’échantillonnage plus élevées en utilisant de nouvelles techniques pour réduire le bruit dans le convertisseur. Avec des convertisseurs beaucoup plus rapides dotés d’une résolution accrue, vous pouvez convertir directement les signaux d’entrée RF jusqu’à plusieurs gigahertz.

Cette vitesse de conversion permet la numérisation avec une très large bande passante instantanée sur les bandes L et S. À mesure que les convertisseurs évoluent, l’échantillonnage RF direct sur d’autres bandes (telles que les bandes C et X) deviendra probablement possible aussi.

Les principaux avantages de l’échantillonnage RF direct consistent en une chaîne de signaux RF plus simple, un coût par voie réduit et une densité de voies plus faible. Avec moins de composants analogiques, les instruments dotés d’une architecture RF directe sont généralement plus compacts et consomment moins d’énergie. Si vous construisez des systèmes à grand nombre de voies, l’échantillonnage RF direct peut réduire l’encombrement et le coût de vos systèmes. Cela peut être particulièrement important lors de la construction de systèmes comme les radars dotés d’antennes réseau à commande de phase, qui forment des faisceaux en déphasant les signaux émis par des centaines, voire des milliers d’antennes. Avec autant de générateurs et d’analyseurs de signaux RF dans le même système, la taille et le coût par voie deviennent des facteurs importants.

Outre la réduction de la taille, du poids et de la puissance (SWaP), l’architecture simplifiée supprime les sources potentielles de bruit, d’images et d’autres erreurs, telles que les fuites LO et les dégradations quadratiques, au sein même de l’instrument RF.

Enfin, les architectures d’échantillonnage RF direct peuvent également simplifier la synchronisation. Par exemple, pour obtenir une cohérence de phase des systèmes RF, vous devez synchroniser l’horloge interne des instruments RF ainsi que les oscillateurs locaux (LO). L’échantillonnage direct, qui ne nécessite aucun oscillateur local, vous permet de vous concentrer uniquement sur la synchronisation d’horloge de tout le matériel. Là encore, pour les applications radar dotées d’antennes réseau à commande de phase comportant plusieurs récepteurs RF qui doivent être en cohérence de phase, cette option peut s’avérer intéressante pour simplifier votre conception.

NI fournit plusieurs instruments RF avec de nombreux types d’architecture RF. Toutefois, l’émetteur-récepteur FlexRIO IF est le premier instrument NI à tirer parti de l’échantillonnage RF direct. À mesure que la capacité des convertisseurs à grande vitesse se développe, NI continue à travailler en étroite collaboration avec les fournisseurs pour fournir rapidement ces technologies émergentes à ses clients.