文档介绍：子阵级数字化接收阵列性能分析
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摘要:本文主要以模拟波束合成和数字波束合成的划分为变量,分析了子阵级数字化相控阵的接收灵敏度及动态范围特性,同时提出了能够器件不发生变化,后面的分析中ELDA架构并没有去掉VM的损耗,实际ELDA阵列不需要VM器件)。在后面的性能分析中,将以MA为变量,分析在相同LNA、VM和DR等器件的条件下,从AAPA到SLDA再到ELDA的灵敏度及动态特性变化。
2 接收阵列链路级联模型
与图1对应的接收链路级联模型,以及各器件参数见图2所示,采用小写字母代表倍数值,而采用大写字母表示分贝值。各器件主要考虑增益(插损)、噪声系数、输出P-1以及输入三阶截点值。
SLDA与单通道接收链路的区别在于对合成级MA和MD的处理,对于相干信号按式(1)合成,链路增益、输出P-1以及输入三阶截点值可按此式级联。链路噪声模按式(2)合成[2]。sin,n表示第n路的输入信号,共N路合成后得到合成输出信号sout;nin,n表示第n路的输入噪声,共N路合成后得到合成输出噪声nout。假定各通道器件具有相同的性能参数,也就是所有的sin,n相同为sin,所有的nin,n相同为nin,那么(1)式退化为,(2)式退化为,两式相除就得到阵列合成能够实现的N倍的信噪比增益。
由于篇幅受限,除了上述假设外,下述分析中还做了如下简化:(1)不考虑阵列扫描和幅度加权,于是VM的幅相加权wVM可用插入损耗lVM描述;(2)不考虑阵列有源反射系数对fLNA的影响;(3)假定天线输出端口的噪声tA在合成时不相干;(4)将数字接收机简单的使用增益、噪声系数、输出P-1以及输入三阶截点值描述,未考虑采样器各参数的影响。
3 接收阵列噪声与动态性能
接收机灵敏度与动态求解过程如图3所示。SLDA阵列与接收机的主要不同在于从模块性能到链路级联过程中对于波束合成的处理,因此下面主要讨论这一过程。
噪声系统与灵敏度电平
图2所示从sin端口到sout端口增益为链路级联增益再加上阵列合成增益,如(3)式
噪声为(4)式,其中各级器件的等效噪声温度可由求得。
系统计算噪声系数时,输入噪声功率按,并且不考虑(4)式中第一项即天线引入的噪温。按文献[3]中的推导,阵列输入的总信号能量为,由噪声系数的定义可得(5)式。(5)式表明,将SLDA阵列中的模拟合成网络等效成损耗器件,即可采用链路噪声系数级联公式对SLDA进行估算。而将是MA的函数,也就是说模拟波束合成与数字波束合成的划分将通过影响阵列的噪声性能。
利用(5)式,即可通过接收灵敏度公式计算特定带宽下、特定解调信噪比条件下,等效到阵列LNA输入端口接收灵敏度电平。
单音动态与双音动态
图2所示链路LNA输入端口的输入P-1可由下式求得。
根据文献[4]中对阵列合成TOI的分析,图2所示链路LNA输入端口的TOI可由式(7)计算。假定模拟合路器的输入三阶截点无穷大,则(7)式第三项可认为对系统输入三阶截点无贡献。
通过输入P-1与灵敏度电平可求得单音动态,而通过输入三阶截点、灵敏度电平和系统链路增益(模拟部分),