항공 임무 시스템 채널화 대역폭 재구성 가능한 통합 RF 설계 접근 방식

마이크로 전자공학 및 대역폭 장치 기술의 발전으로 디지털화가 진행됨에 따라 RF 통합은 더 넓은 대역폭과 부피, 무게 및 비용 측면에서 점진적인 감소로 더 높은 수준으로 올라갈 것입니다. 또한 시스템 하드웨어 구성에 혁명적인 변화가 일어날 것이며 통합 구조와 하드웨어 일반화가 불가피한 추세가 될 것입니다. 항공임무시스템 통합 및 소형화 설계를 통해 모든 시스템의 안테나를 주파수 대역 및 기능에 따라 적은 수의 안테나로 요약하거나 재구성할 수 있습니다. 또한 안테나, 아날로그 회로, 제어 회로, 디지털 회로 및 연결 네트워크에 대한 포괄적인 처리를 수행하여 넓은 주파수 스펙트럼, 다중 채널 및 자체 적응성을 갖춘 RF 트랜시버 시스템을 생성할 수 있습니다. 통합 RF의 목적은 사용자가 비용을 수용할 수 있는 비용으로 생각할 수 있도록 비용, 무게 및 부피를 줄이는 데 있으며 실용성과 신뢰성도 함께 높아집니다. 실험을 기반으로 커뮤니티, 모듈, 리소스 공유, 테스트 가능성 및 재구성을 통해 통합 시스템의 MTBCF(Mean Time Between Critical Failures)가 2배 증가하여 위에서 논의한 객체를 실현할 수 있음을 증명합니다.

통합 RF의 설계 분석

항구, 무게, 공간 및 전원 공급에 대한 일련의 부동산 제한으로 인해 유사한 기능을 가진 자원을 통합하고 공유하기 위해 항공 임무 시스템에 통합 설계가 적용됩니다. 결과적으로 시스템 기능 지표의 구현을 보장할 때 항공기 조립 요구 사항에 부합할 수 있도록 경량화, 소형화 및 저전력 소비를 포함한 목표를 실현할 것입니다.

ㅏ. 시스템 한계점에서 모든 센서 및 트랜시버 시스템의 안테나는 신호 방출 및 신호 인식을 담당하는 조명, 면적 및 전력 소비 측면에서 전체 시스템의 대부분을 차지합니다. 위에서 논의한 모든 요구 사항을 충족하려면 통합 RF 시스템 설계를 수행해야 합니다.
b. 시스템 능력의 관점에서 군수 요구에 따른 빠른 피드백은 빠른 시스템 업그레이드 및 기능 확장을 달성하기 위해 짧은 시간에 낮은 비용으로 새로운 기능을 추가할 수 있는 높은 기능적 유연성을 요구합니다.
c. 장비 구성 개선의 관점에서 통합 설계, 디지털 수집 및 정보 공유를 구현하는 것이 효과적입니다.
d. 플랫폼 유연성의 관점에서 통합 RF 설계의 적용은 항공 캐리어가 중량 감소 및 에너지화를 통해 조립 적응성에 관한 요구 사항을 충족하도록 합니다. 또한 안테나 계정의 증가로 인한 차단, 전자파 간섭, 반사 면적 증가와 같은 일련의 문제를 성공적으로 해결할 수 있습니다.

통합 RF의 속성

플랫폼의 제한된 자원과 호환되고 군사 작전의 수요를 충족하기 위해 전체 시스템에 기여하는 기본 모듈과 함께 공개 구성이 항공 임무 시스템에 적용됩니다. 통합 RF 설계는 ​​레이더 감지, 수동 감지, 통신/데이터 체인 및 IFF(Identification Friend or Foe)를 결합하여 다중 스펙트럼, 다중 수단 및 자체 적응성을 특징으로 하는 통합 전자 장치를 생성할 수 있습니다.

통합 RF의 속성은 다음과 같습니다.

ㅏ. 개방형 RF 구성;
b. 디지털화, 모듈화, 일반화 및 표준화의 완전한 구현,
c. 견고하고 내결함성이 있어야 합니다.
d. 2차 발달 능력;
. 높은 신뢰성, 지원 접근성, 확장성, 경량 및 저렴한 비용 등

통합 RF 설계의 요소

• 무선 수신 통합의 디자인 요소

무선 수신 통합은 서로 다른 임무 시스템이 일반적으로 RF 입력 채널을 공유하고 자체 신호 수신 기능을 달성하는 프로세스를 나타냅니다. 수신 채널의 기능은 수신 안테나로 수신된 RF 신호를 증폭, 필터링, 주파수 변환, 디지털화 및 신호 전처리한 다음 신호 처리 및 데이터 처리를 위해 통합 코어 프로세서로 출력하는 것을 요구합니다. 신호 중 하나는 네트워크 핸드오버 공유, 저잡음 증폭, 채널 이득, AGC, 동적 범위, 채널 대역폭 및 채널 균형을 비롯한 성능 요구 사항과 함께 작동해야 하는 여러 수신 채널이 필요할 수 있습니다.

무선 수신 통합과 관련하여 다음 요소를 고려해야 합니다.

ㅏ. 작동 주파수,
b. 수신 채널의 과도 대역폭;
c. 수신 신호의 과도 동적,
d. 수신 신호의 감도,
e. 모든 임무가 동일한 채널을 보유할 때 전체 대역폭보다 큰 출력 대역폭.

• RF 방출 통합의 설계 요소

RF 방출 통합은 서로 다른 임무 시스템이 공통으로 RF 출력 채널을 공유하여 자체 신호 방출 기능을 완성하도록 합니다. 방출 채널은 해당 신호 파형, 변조, 주파수 변환, 드라이브 증폭 및 안테나로 보내질 전력 출력을 제공합니다. 최고의 성능은 신호 파형, 신호 안정성, 채널 이득, 동적 범위, 출력 전력 및 출력 스펙트럼 순도에 있습니다.

RF 방출 통합과 관련하여 다음 요소를 고려해야 합니다.

ㅏ. 작동 주파수,
b. 방출 채널의 과도 대역폭;
c. 방출된 신호의 SFDR(Spurious Free Dynamic Range),
d. 방출된 신호의 주파수,
e. 출력 신호 파형.

위에 언급된 요소는 통합 RF 방출에 의해 보장되어야 합니다. 동시에 신호를 수신할 수 있는 무선 수신 통합과 달리, 특히 대역폭 파형에서 발생하는 동시 방출에서 일부 문제가 여전히 발생합니다. 핵심 문제는 다중 소스 공통 방출이 전력 증폭기의 선형성에 대한 높은 요구 사항을 남긴다는 사실에 있습니다.

통합 RF의 설계 방법

• 안테나 조리개 통합의 설계 방법

통합 안테나 또는 안테나 어레이는 항공 임무 시스템에 기여하는 핵심 물리적 구성 요소이며 하위 시스템에 의해 우주 전기 RF 에너지와 고주파 전기 RF 에너지 간의 변환을 구현합니다. 기능, 작동 모드, 작동 주파수 범위, 공기 영역, 작동 기간, 변조 모드, 편파 및 공중 적응성에 대한 속성과 함께 공기 영역, 주파수 영역, 시간 영역 및 변조 영역의 요구 사항에 따라 모든 종류 초대역폭, 컨포멀, 소형화, 공통개구 및 재구성 등 현재 안테나 설계의 첨단 기술을 최대한 적용하고 통합해야 합니다. 최적의 설계 목표는 지수, 부피, 무게, 비용 등을 중심으로 이루어져야 하며 모든 종류의 안테나는 최종적으로 안테나 개구를 통합하기 위해 출시된 기능과 주파수가 최적화된 통합 설계를 받아야 합니다.

ㅏ. 통합형 디자인. 동작 주파수, 커버링 에어 도메인 및 편파와 같은 요구 사항을 고려하여 고대역폭, 고효율 및 고이득 안테나를 적용해야 하며 안테나 또는 안테나 어레이는 안테나 분류가 단순화된 균일한 설계를 받아야 합니다.

비. 통합 조리개 디자인. 안테나 성능에 대한 요구가 충족됨에 따라 비용, 부피 및 중량에 대한 최적화된 설계 목표로 가능한 한 안테나 또는 안테나 어레이에 공통 개구 설계를 수행해야 합니다. 안테나 작동 주파수, 조립 위치, 공간 크기 및 커버 범위 및 기본 논의 결과에 대한 고려 사항을 기반으로 유사한 조립 위치의 안테나에 공통 조리개 설계를 구현하여 여러 안테나 또는 안테나 어레이를 동일한 조리개에 배치하여 안테나 조립 공간을 줄입니다. 조리개 사용 효율성을 향상시킵니다.

씨. 안테나 공유 디자인. 동작 주파수, 편파 유형, 이득 및 커버링 공간 측면에서 인덱스 요구 사항이 유사한 안테나의 경우 안테나 계정을 최소화하기 위해 스위치 전환, 신호 결합기 또는 스플리터 및 시분할 적용을 통해 안테나 공유 설계가 수행됩니다. .

• RF 프런트 엔드 통합 설계

고전력 대역폭 소자 기술, Microsystem Technology, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 및 분산 기술을 기반으로 일반화, 디지털화 및 모듈화 설계를 통해 통합 RF 표준 시스템을 구축합니다. 또한 RF 시스템 채널이 모든 스펙트럼과 호환 가능하고 재구성 가능하고 디지털화되고 마이크로 시스템화될 수 있도록 일반 RF 트랜시버 채널 및 하드웨어 플랫폼이 설정됩니다.

항공 임무 시스템의 일반적인 개발 요구 사항 및 구조 정의에 따라 통합 설계 원칙과 함께 RF 프런트 엔드 통합 설계 방법은 다음과 같은 측면을 포함합니다.
a. RF 채널화. 각 기능 하위 시스템의 이산성과 헌신을 깨고 모든 RF 시스템이 채널화 설계를 받아 RF 트랜시버 채널이 모든 스펙트럼과 호환되고 일반적으로 통합되도록 해야 합니다.
b. 자원 모듈화. 모든 하드웨어 리소스는 하드웨어 리소스 모듈의 균일한 조립 전원 공급 및 열 방출을 달성하기 위해 플레인 프레임, 백플레인 및 표준과 호환되는 모듈을 통해 설계되었습니다.
c. 모듈 일반화. RF 프론트 엔드 공공 자원 모듈은 전원 모듈, 수신 모듈, 스위치 모듈을 포함하는 일반화 설계를 거치고 일반화 설계는 다기능 전처리 모듈에 점진적으로 구현됩니다. 한편으로 모듈의 일반화 설계는 자원 분류를 줄이는 데 도움이 됩니다. 한편, 기능 백업 및 재구성을 위한 기반을 마련합니다.
d. 인터페이스 표준화. RF 프런트 엔드에는 표준 버스를 적용하고, 균일하게 설계된 범용 인터페이스 모듈을 통해 센서 네트워크에 접속합니다. 인터페이스의 표준화는 시스템 버스 유형과 수를 효과적으로 줄일 수 있어 시스템 간의 상호 연결에 유리합니다.
e. 자원 관리 통합. RF 프론트 엔드의 일반 인터페이스 모듈은 코어 프로세서로부터 자원 관리 요구를 균일하게 수신 및 분석하고 RF 프론트 엔드에 대한 균일 관리가 완료된 해당 전처리 모듈 및 기타 모듈로 보냅니다.

모듈화 설계 방법

RF 전단의 아날로그 회로와 RF 후단의 디지털 회로를 포함하는 항공임무체계에 속하는 센서부는 개방형 시스템 구조를 적용하고 RF 전단 모듈, 일반 수신 모듈, 일반 수신 모듈, 전처리 모듈, 신호 처리 모듈, 다중 주파수 방출 모듈, 다기능 변조기 모듈, 안테나 인터페이스 장치 및 매트릭스 스위치 어레이. 이러한 모듈은 다양한 센서의 기능을 실현하기 위해 센서의 RF 기능에 대한 요구에 따라 동적으로 결합될 수 있습니다. 엄격하고 균일한 구조 표준 치수를 기반으로 설계 및 제조할 수 있으며 표준 설치 프레임에 설치하여 사용할 수 있습니다.

안테나 인터페이스 장치는 안테나에서 수신한 RF 신호를 RF 프런트 엔드 모듈로 보내는 역할을 하는 RF 전환 스위치의 기능을 완료합니다. 안테나 인터페이스 장치는 다중 주파수 이미터 모듈과 연결되어 해당 안테나로 방출할 준비가 된 RF 신호를 전송합니다. 안테나 인터페이스 장치는 송수신기 신호가 안테나를 공유할 때 발생할 수 있는 충돌을 해결할 수 있습니다.

RF 프런트 엔드 수신 모듈은 RF 신호를 표준 중간 주파수로 변환하고, 중간 주파수 스위치는 RF 프런트 엔드 수신 모듈에서 출력되는 중간 주파수 신호를 일반 수신 모듈로, 다기능 변조기에서 생성된 중간 주파수 변조 신호를 해당 이미터 모듈로 전송합니다. 중주파 스위치는 송수신기 중주파 신호가 일반 수신 모듈과 다기능 변조기 모듈을 공유할 때 발생할 수 있는 충돌을 해결하는 역할을 합니다.

중간 주파수 신호는 대역 통과 필터링, A/D 변환, DDC(Digital Down Conversion) 등의 일반 수신 모듈에서 처리된 후 신호 전처리기로 전송됩니다. 신호 전처리기는 베이스밴드 신호의 위상 변환, 펄스 캡처 및 디지털 확산이 완료된 일반 수신 모듈 디지털화 후 신호에 대해 정합 필터링을 수행합니다. 또한, 신호 처리기의 처리 작업의 일부를 공유하며, 전처리된 디지털 신호는 신호 처리 모듈로 전송됩니다. 방출 과정에서 신호 전처리기는 디지털 확산 스펙트럼 및 펄스 성형을 구현한 후 기저대역 신호를 다기능 변조기로 보냅니다.

신호 처리 모듈은 복조, 채널 자체 적응 균형, 오류 수정 인코딩 및 디코딩, 암호화 및 암호 해독을 포함한 모든 센서 기능의 신호 처리를 담당합니다.

채널화의 설계 방법

여러 채널이 통합 RF 프런트 엔드에서 함께 또는 독립적으로 작동하고 특정 신호 파형이 처리되고 있으므로 모든 하드웨어 모듈 리소스는 디지털 변환 네트워크 내에서 함께 결합되어 신호 파형 처리를 지원하는 하드웨어 스레드를 생성할 수 있습니다. 통합 RF 프런트 엔드는 안테나 스캐닝 ​​전략 또는 신호 처리 절차에 따라 균일하거나 독립적으로 작동할 수 있는 여러 하드웨어 스레드를 지원할 수 있습니다. 결과적으로 시스템의 RF 프런트 엔드는 시스템 정보 처리 요구를 기반으로 달성된 여러 기능으로 여러 신호를 처리할 수 있습니다. 이중화 채널은 RF, 튜닝 및 중간 주파수 채널에서 계속 사용할 수 있으므로 모든 채널을 서로 백업으로 유지하여 시스템의 신뢰성을 높입니다. 여러 신호의 병렬 처리를 완벽하게 지원하지 못하는 일부 신호 채널에 문제가 있는 경우 시스템 작동 모드 및 신호 처리 우선 순위에 따라 다른 병렬 또는 시분할 처리 스레드가 형성될 수 있습니다.

그림 1에서 알 수 있듯이 RF 프론트 엔드에서 다중 신호의 수많은 병렬 채널을 사용할 수 있으며 시스템 제어를 통해 병렬 방식으로 전환하거나 작동할 수 있습니다. 튜닝 수신 채널은 주파수 변환을 통해 중간 주파수로 떨어지는 비교적 순수한 모든 종류의 신호를 추출합니다. 모든 신호는 주파수 공유 또는 시분할 방식으로 일부 공용 중간 주파수 채널로 합리적으로 분할될 수 있으며 스위치 어레이에 의해 선택 및 조합된 후 다기능 디지털 수신기에서 처리됩니다. 이 시스템은 광대역, 다중 포인트 주파수, 빠른 민첩성 및 조합 출력의 특성을 가진 통합 주파수 적분기를 적용합니다.

미시 체계화의 설계 방법

Microsystems는 센서, 판독 회로, 디지털 신호 프로세서, AD/DA, 트랜시버 구성 요소 및 전원 공급 장치와 같은 구성 요소를 마이크로미터 범위 내에서 통합하므로 시스템 및 구성의 볼륨 및 전력 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 3S(Sop, Sip, Soc) 기술을 적용한 RF 트랜시버 채널 마이크로 시스템, 장치 및 구성 요소의 구성은 넓은 주파수 대역의 핵심 개발로 이어집니다.

선도 기술

• 시스템의 통합 설계 기술

시스템의 통합 설계 기술은 모든 종류의 전자 장치 효율성을 최대한 활용하고 통합 군사 능력을 보장하는 임무 시스템 통합에 도달하는 데 잠재적인 역할을 합니다. 시스템의 관점을 중심으로 미션 시스템의 통합 설계가 최적화될 수 있도록 그 구성, 구성, 기능 및 상호 연결 방식에 대한 통합이 이루어져야 한다. 군사 임무 및 임무 요구 사항에 따라 임무 시스템 통합 설계는 기능, 성능, 신뢰성, 유지 보수 측면에서 임무 시스템이 임무 요구와 호환되도록 전체 시스템을 정의, 분석, 설계, 테스트 및 평가하는 책임이 있습니다. 지원 가능성 및 수명 주기 비용. 시스템 설계자는 산업 적합성, 장기 및 기본 프로젝트에 따라 계획 및 연구에 참여해야 합니다.

• 개방형 시스템 구축 설계 기술

개방형 시스템 구성은 분산 시스템을 형성하는 데 유리하므로 서로 다른 제조업체의 하드웨어, 다양한 유형 번호의 컴퓨터 등을 상호 연결하고 상호 운용할 수 있습니다. 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