RF 至位解决方案可为材料分析应用提供精密的相位和幅度数

2015-03-09 11:35:49   来源:21ic   

关键字: 高频  正交解调  材料分析

简介

在分析远程站点的材料时,无法把探针放进材料中,此时,高频收发器为准确量化材料的体积分数提供了一种可行的方法,而且不存在直接接触材料时的不利影响。正交调解器为测量这些应用的幅度和相移提供了一种强大的新方法。这里谈到的接收器信号链采用ADL5380 宽带正交解调器、ADA4940-2 超低功耗、低失真、全差分ADC 驱动器和AD7903 双通道、差分、16 位、1 MSPS PulSAR ADC,不但可以提供准确的数据,同时还能确保操作的安全性和经济性。

在图1 所示接收器中,一个连续波信号从发射(Tx)天线发出,通过待分析的材料,到达接收(Rx)天线。接收到的信号将相对于原始发射信号进行衰减和相移处理。该幅度变化和相移可用来确定媒介内容。

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图1. 接收机功能框图

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幅度和相移可以直接关联元件的透射率和反射率属性,如图2 所示。举例来说,在油气水流中,对于介电常数、损耗和分散度而言,水高,油低,气超低。

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图2. 不同均质媒介的透射率和反射率

接收器子系统的实现

图3 所示接收器子系统把RF 信号转换成数字信号,以精确测量幅度和相位。信号链由一个正交解调器、一个双通道差分放大器和一个双通道差分SAR ADC 构成。这种设计的主要目的是在高频RF输入动态范围较大的条件下,获得高精度的相位和幅度测量结果。

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图3. 面向材料分析的接收器简化子系统

正交解调器

正交解调器提供一个同相(I)信号和一个正好反相90°的正交(Q)信号。I 和Q 信号为矢量,因此,可以用三角恒等式计算接收信号的幅度和相移,如图4 所示。本振(LO)输入为原始发射信号,RF 输入为接收信号。解调器生成一个和差项。两个信号的频率完全相同,ωLO = ωRF,因此,结果会过滤掉高频和项,差项则驻留于直流。接收信号的相位为ϕRF,不同于发射信号的相位ϕLO。该相移为ϕLO – ϕRF,是媒介介 电常数导致的结果,有助于确定材料内容。

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图4. 利用正交解调器测量幅度和相位

真实I/Q 解调器具有许多缺陷,包括正交相位误差、增益不平衡、LO-RF 泄漏等,所有这些都会导致解调信号质量下降。要选择解调器,首先确定RF 输入频率范围、幅度精度和相位精度要求。

ADL5380 采用5 V 单电源供电,可接受400 MHz 至6 GHz 范围内的RF 或IF 输入频率,是接收器信号链的理想选择。根据配置,可提供5.36 dB 电压转换增益,其差分I 和Q 输出可以把2.5 V p-p差分信号驱动至500 Ω 负载。在900 MHz 时,其噪声系数为10.9 dB,IP1dB 为11.6 dBm,三阶交调截点(IIP3)为29.7 dBm,动态范围出色;而0.07 dB 的幅度平衡和0.2°的相位平衡则可实现杰出的解调精度。采用高级SiGe 双极性工艺制造,提供微型4 mm × 4 mm、24 引脚LFCSP 封装。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0309/article_10944.html
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