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來源：Digikey 作者： Tawfeeq Ahmad 我們正在進入一個多頻天文學的新時代，在這個時代，同時觀測不同類型的無線電波增進了我們對宇宙的理解，其效果遠超觀測單一類型的無線電波所能達到的效果。就像把收音機調到特定的電臺一樣，射電天文學家可以調整望遠鏡，使其能夠接收來自數百萬光年之外的無線電波。這些望遠鏡可以調整為觀測各種頻率，從而讓科學家們能夠收集有關宇宙現象的各種數據。利用先進的計算機算法和尖端的信號處理技術，天文學家可以對這些信號進行解碼，以用于研究各種宇宙事件和結構，包括恒星的誕生和死亡、星系的形成和演化，以及構成宇宙的各種物質。 射電望遠鏡是一種天文儀器，專門用于探測和分析從大約 10 米 (30 MHz) 到 1 毫米 (300 GHz) 的寬波長范圍內的射頻輻射。這種輻射由脈沖星、恒星、星系和類星體等各種地外輻射源發出。射電望遠鏡探測微弱無線電輻射的效果取決于幾個關鍵因素：天線的尺寸和效率、用于信號放大和探測的接收器的靈敏度，以及數據處理質量。 現代數字后端接收器采用前沿技術，可顯著提高天文觀測的清晰度和細節。這些先進的接收器利用尖端算法和高性能硬件高效處理大量數據，使得天文學家的研究能夠達到前所未有的精度。 射電望遠鏡系統的主要元器件是接收器。接收器的主要作用是將天線收集到的模擬信號轉換成數字形式，此過程對高級信號處理至關重要。這一轉換過程涉及多項關鍵任務，包括濾除噪聲、放大微弱信號以及將接收到的無線電波精確數字化。此外，數字后端接收器還負責管理高速數據傳輸，確保能夠快速、準確地處理和分析大量觀測數據。 通過提高信噪比和提供更精細的分辨率，這些接收器可以讓研究人員更深入地研究宇宙現象的復雜細節。這些先進的數字后端接收器集成到射電望遠鏡中，為射電天文學領域帶來了徹底的變革。這一技術飛躍為研究和探索開辟了新的道路，能夠提供關于宇宙及其無數現象的深刻見解。現代射電望遠鏡的功能也得到了增強，現在能夠研究微弱和遙遠的天體，探測微弱的宇宙信號，探索宇宙的基本過程。 
圖 1：射電望遠鏡徹底改變了射電天文學領域。（圖片來源：iWave） 隨著我們不斷改進這些儀器和開發創新技術，天文學領域取得突破性發現的可能性必將越來越高。數字后端技術的不斷進步將進一步增強天文學家揭開宇宙奧秘的能力，從星系的形成和恒星的生命周期，到暗物質的性質以及宇宙膨脹的本質。在不懈追求知識和不斷改進觀測工具的推動下，射電天文學的未來充滿了令人興奮的可能性。 iW-RainboW-G42M 系統級模塊 (SoM)（圖 2）集成了 ZU49DR 并與 ZU39 和 ZU29 兼容。該 SoM 由一個多元處理系統組成，包含一個 FPGA、一個 Arm Cortex-A53 處理器和一個實時雙核 Arm Cortex-R5，以及高速 ADC 和 DAC 通道，能夠無縫采集、處理和響應射頻信號。其配備板載 8 GB 64 位 DDR4 RAM，具有用于處理系統的糾錯碼，另有專用于可編程邏輯的 8 GB 64 位 DDR4 RAM。RFSoC SoM 憑借其業界領先的射頻通道數從眾多競爭對手中脫穎而出，該 SoM 提供 10 GSPS 的 16 通道 RF-DAC 和 2.5 GSPS 的 16 通道 RF-ADC。
圖 2：iW-RainboW-G42M SoM 包含一個 FPGA、一個 Arm Cortex-A53 處理器和一個實時雙核 Arm Cortex-R5。（圖片來源：iWave） 該 SoM 加入了集成超低噪聲可編程射頻 PLL，簡化了 SoM 在最終產品中的使用方式，解決了與復雜時鐘架構相關的各種問題。這樣的集成可擴大整個射頻信號鏈中的系統信號處理帶寬，同時還能增強 SyncE 和 PTP 網絡同步，確保達到最佳同步水平。采用 AMD Zynq UltraScale+ RFSoC Gen3 器件，該模塊非常適合需要緊湊型封裝、低功耗和實時處理能力的射頻系統。對于希望簡化設計架構、加快射電望遠鏡天文數字后端部署、最大限度降低器件功耗和硬件開發成本的客戶來說，該模塊還是一種即用型解決方案。 iWave 推出由 G42M Zynq UltraScale+ RFSoC SoM 提供支持的 RFSoC PCIe ADC DAC 數據采集卡（圖 3）。該卡具有一個 3/4 長度的 PCIe Gen3 x8 主機接口，用于連接計算機/服務器。采用前沿射頻和信號完整性設計方法，可確保高速連接。此外，該卡的適應性還能使其無縫集成到各種應用中，從而為現場部署提供通用的解決方案。
圖 3：iWave 的 iW-G42P-ZU49-4E008G-E032G-LIA 卡具有一個 3/4 長度的 PCIe Gen3 x8 主機接口，用于連接計算機/服務器。（圖片來源：iWave） iWave RFSoC ADC DAC PCIe 卡增強了 RFSoC 的片上資源，提供： · 16 條 ADC 通道 4 x 直角 SMA 連接器，位于前面板上，帶平衡不平衡轉換器 (BW- 800 MHz - 1 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉換器 (BW- 800 MHz -– 1 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉換器 (BW- 700 MHz - 1.6 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉換器 (BW- 10 MHz -– 3 GHz) · 16 條 DAC 通道 4 x 直角 SMA 連接器，位于前面板上，帶平衡不平衡轉換器 (BW- 800 MHz -– 1 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉換器 (BW -800 MHz - 1 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉換器 (BW -700 MHz - 1.6 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉換器 (BW -10 MHz - 3 GHz) · NVMe PCIe Gen2 x2/x4 M.2 連接器 · FMC+ HSPC 連接器 該 SOM 和 PCIe 卡均為上市就緒產品，并配有全面的文檔、軟件驅動程序和板級支持包。iWave 的產品長壽命計劃確保模塊可長期使用（10 年以上）。 結語 射電望遠鏡數字后端技術的進步將幫助天文學家揭開宇宙的神秘面紗，iWave 的元器件將為他們提供一臂之力。借助 iW-RainboW-G42M SoM 和 iW-G42P-ZU49-4E008G-E032G-LIA PCIe 卡，iWave 可幫助射電望遠鏡設計人員增強其數字后端。 |
