接收機指標中補充最后一個需要關注的指標,雖然這個指標也是選好以后我們管不了(完全靠設計師的選擇),但是它里面涉及一些重要的原理知識。
一、ADC是啥
A是模擬,D是數字,ADC就是模數轉換器,它是一個將模擬信號采樣后轉換成數字信號(也就是類似電腦中的數據),這就是數字化的過程。
通過天線發射和接收的都是模擬信號,不能是數字信號,所以在所有無線電設備中,不管發射還是接收,最終要通過天線進行發和收,都必須是模擬信號。發射時,先將數字信號轉換成模擬信號,需要使用DAC(與ADC相反);將收到的模擬信號數字化,需要用ADC進行轉換。
二、ADC的簡單原理
這里先說一下模擬信號和數字信號是怎么回事。模擬信號可以用日常看到的一些事物來類比,比如跑步時跑動的距離就是隨著時間連續變化的、太陽運動時也是連續變化的,對于信號來說,其幅度隨時間連續變化,這就是模擬信號,可見,模擬信號是連續的(幅度連續變化,不會跳變,信號與系統中出現的一些信號并不存在,僅用于理論分析而已);對于數字信號來說,它用一組數字來表示信號(因此,它是用數據來近似一個真實信號),信號此時是離散的,也就是有跳變,中間跳過了一些幅度值,得到數據經過與時間結合起來看就像是樓梯一樣。數據記錄的就是跳變點的時刻和幅度值。
通過上面的說明,要將一個連續的東西變成數字的,也就是變成離散的,就需要在一定的時刻讀取模擬信號的幅度值,這個過程叫做采樣,那么這里出現一個疑問,采樣之后怎么保證這組數據還是能夠表示原來的信號呢?這里自然有一些要求,主要就是采樣的速度問題,一般的準則是必須符合奈奎斯特采樣定理,也就是采樣的頻率(采樣周期的倒數)至少是信號最高頻率的2倍以上。當然,還有一種所謂的帶寬采樣定理,也就是采樣頻率滿足信號帶寬(帶寬是個頻率差值)的2倍以上,它針對的信號變換到零中頻之后,此時帶寬就和信號的最高頻率值相等了。
好,進行采樣之后,得到了一組數據,似乎數字化就完成了,實際上這組數據還不行,因為得到的值還需要是0和1這種二進制來表示(計算機里面只能處理0和1),所以下一步就需要將得到的數據用0、1來編碼,這個過程叫做量化,量化中就涉及用幾位數字(也就是幾個0或1)來表示信號幅度的問題,如果用4位數字,那么它最多表示16種不同的信號幅度值,如果用5位,那么它最多表示2 ^5^ =32種信號幅度,因此根據信號幅值變化情況,不同雷達中采用的是位數差異很大的ADC。同時,量化過程會產生誤差,比如采樣得到兩個值:1.10101和1.10102,在量化中可能得到的就是一個相同的數字,這就出現了量化誤差。如果用更多位的ADC,那么就可以表示更多層級的值,也就可能將這兩個信號用不同的數字表示出來。
三、ADC相關參數
通過以上介紹,可以很明顯的看到ADC的兩個參數:采樣頻率和位數,這個是其核心指標,能夠有更好的采樣率和位數自然更好,但是要看雷達系統是否需要如此高的采樣率和位數,也就是需要和系統匹配選擇,單純將ADC選高的意義并不大,因為數據的最終處理是在后端的信號處理和數據處理。
另外ADC還有一些參數如:1.動態范圍,這個和我們前面說的接收機動態范圍一樣,自然越大越好;2.量化噪聲,ADC作為一種電子器件,本身自然也有噪聲的問題,自然是越小越好;3.接口,使用不同的接口可以應用于不同的場景中,不同的接口可能有不同的衰減,這也是需要考慮的。
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