IQ調製器的特性解析
發布時間:2020-06-22 責任編輯:lina
【導讀】在前麵關於數字調製的文章中分別介紹了 IQ 調製的基本理論及調製解調的數學解析及圖解過程(數字調製係列:如何理解 IQ ?、數字調製係列:IQ 基本理論、數字調製係列:IQ 調製及解調簡述),闡述了常見的數字調製方式,並解釋了為什麼經過 IQ 調製器之後帶寬會翻倍的原因。
在前麵關於數字調製的文章中分別介紹了 IQ 調製的基本理論及調製解調的數學解析及圖解過程(數字調製係列:如何理解 IQ ?、數字調製係列:IQ 基本理論、數字調製係列:IQ 調製及解調簡述),闡述了常見的數字調製方式,並解釋了為什麼經過 IQ 調製器之後帶寬會翻倍的原因。本文將著重介紹模擬 IQ 調製器的特性,為後麵的 IQ 調製性能驗證測試作準備。
模擬 IQ 調製器包含 Mixer,在上變頻的過程中,勢必會產生鏡頻產物。當輸出無頻偏信號時,即信號中心頻率與調製器的 LO 信號頻率相同時,相當於采用的是 Zero-IF 機製,鏡頻產物與信號本身不可分割,即使通過濾波器也無法濾除鏡頻。慶幸的是,采用 IQ 調製及解調器,即使存在鏡頻產物,依然可以恢複出原始的 IQ 信號。這也是為什麼模擬 IQ 調製器之後不需要鏡頻抑製濾波器的原因。
由於這種正交架構,IQ 調製器本身是具有一定鏡頻抑製能力的,但是隻有在輸出具有一定頻偏的信號時,即信號中心頻率與 LO 信號頻率不同時,才能體現出鏡頻抑製特性。下麵將通過一些特殊的基帶 IQ 信號進行解析分析,闡述影響鏡頻抑製特性的因素,及如何改善鏡頻抑製特性。
1. IQ 信號幅度平衡性對鏡頻抑製的影響
IQ 信號幅度不平衡(即幅度不同),要麼是輸入至調製器的 I 和 Q 信號的幅度不平衡,要麼是調製器具有一定的增益不平衡(即 I 和 Q 兩路的增益不同),這些都會影響對鏡頻的抑製能力。
令 i(t)=Acoswbt,q(t)=sinwbt,則經過 IQ 調製輸出的射頻信號 s(t)為
s(t)=Acoswbt· coswct - sinwbt · sinwct
積化和差得
s(t)=0.5(A+1)cos(wc+wb)t + 0.5(A-1)cos(wc-wb)t
當 A=1 時,射頻信號中隻有上邊帶(wc+wb)分量;
當 A=-1 時,射頻信號中隻有下邊帶(wc-wb)分量;
當 A≠±1 時,射頻信號中同時包含上邊帶(wc+wb)和下邊帶(wc-wb)兩個分量。
以上通過解析方式介紹了 IQ 調製器的鏡頻抑製特性,其實通過圖解方法也可以清晰簡便地進行說明。下麵考慮 A=1 的情況,圖 1 給出了載波信號的傅裏葉變換,這是雙邊帶頻譜,基帶信號經過 IQ 調製器實現了頻譜的搬移,圖 2 分別給出了調製器兩個支路上的頻譜變換情況,最終經過合路器合路後,下邊帶分量相互抵消,隻剩下上邊帶分量。

圖 1. 載波信號的傅裏葉變換(雙邊帶頻譜)
圖 2. IQ 調製過程頻譜變換示意圖
當 A≠±1 時,射頻信號中同時包含上下邊帶,定義邊帶抑製比為:20lg│A+1│/│A-1│ (dB).
如何改善鏡頻抑製能力呢?
IQ 調製器兩個支路的增益不平衡特性已經無法調整,但是可以在基帶側通過調整 I 和 Q 兩路波形的幅度大小改善鏡頻抑製。矢量信號發生器 VSG 及任意波信號發生器 AWG 均提供了 IQ Gain Imbalance 調整參數,對其進行微調即可改善鏡頻抑製。
2. IQ 正交性對鏡頻抑製的影響
正交性包括兩個方麵:(1) 基帶信號 I 和 Q 之間的正交性;(2) IQ 調製器兩個 Mixer 的 LO 信號之間的正交性。如果正交性不好,當產生無頻偏的數字調製信號時會帶來調製和解調的誤差(EVM、BER 惡化),另一方麵在產生單邊帶信號時,會惡化鏡頻抑製特性。
令 i(t)=cos(wbt+ϕ),q(t)=sinwbt,則 IQ 調製器輸出的射頻信號為
s(t)=cos(wbt+ϕ)· coswct - sinwbt · sinwct
積化和差得
s(t)=0.5(1+cosϕ)·cos(wc+wb)t-0.5sinϕ·sin(wc+wb)t-0.5(1-cosϕ)·cos(wc-wb)t+0.5sinϕ·sin(wc-wb)t
對於(wc+wb)分量,令 a=0.5(1+cosϕ),b=0.5sinϕ,則取θ滿足如下關係:
cosθ=a/√( a2+b2),sinθ=b/√( a2+b2)
類似地,對於(wc-wb)分量,令 c=0.5(1-cosϕ),b=0.5sinϕ,則取θ1 滿足如下關係:
cosθ1=c/√(c2+b2),sinθ1=b/√(c2+b2)
以上公式代入 s(t),最終可得
s(t)=0.707√(1+cosϕ)·cos[(wc+wb)t+θ]+0.707√(1-cosϕ)·cos[(wc-wb)t-θ1]
由正交誤差ϕ造成的鏡頻抑製度為:10lg(1+cosϕ)/(1-cosϕ) (dB).
以上是從基帶 I 和 Q 信號的正交性著手分析對鏡頻抑製特性的影響,如果基帶信號理想正交,而 IQ 調製器兩個 Mixer 的 LO 正交性不好,整個推導過程是類似的,此處不再贅述。當然,IQ 調製器的特性已經固定,隻能通過調整基帶信號的正交性改善鏡頻抑製能力。
3. IQ 調製器的載波抑製特性
IQ 調製器除了可以抑製鏡頻外,在數字調製過程中還可以抑製載波。理論上,隻要模擬 I 和 Q 信號中沒有 DC 分量,而且 IQ 調製器是理想的,那麼輸出的射頻寬帶信號中將沒有載波。但是實際產生的寬帶信號總是具有一定的載波泄露,來源於兩部分:(1) IQ 信號中包含一定的 DC 分量;(2) IQ 調製器中 Mixer 的 LO 泄露。
duiyushuzitiaozhixinhaoeryan,zaiboxielushiyizhongdaineiganrao,ruguozaibofenliangjiaoqiang,jiangzhijieyingxiangzhenggexitongdetongxinzhiliang。yinci,yaojinliangjiangdizaiboxielu。tongchangzaijidaiceweitiao I Offset 或者 Q Offset 來改善載波抑製特性,這相當於引入 DC 分量,如果設置的 DC 的量和極性合適,I 和 Q 兩路引起的載波泄露將相互抵消,甚至可以抵消 Mixer 的 LO 泄露帶來的影響。
以上介紹了 IQ 調製器的鏡頻抑製及載波抑製特性,這些都是 IQ 調製器固有的特性,也是性能驗證測試中必測的項目。此外,IQ 調製器還有幅頻響應、三階交調等參數,這些也都是需要測試的。不同的測試項目需要不同的測試設備和測試方法,這將是後麵要介紹的內容……
免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在於傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯係小編進行處理。
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 一秒檢測,成本降至萬分之一,光引科技把幾十萬的台式光譜儀“搬”到了手腕上
- AI服務器電源機櫃Power Rack HVDC MW級測試方案
- 突破工藝邊界,奎芯科技LPDDR5X IP矽驗證通過,速率達9600Mbps
- 通過直接、準確、自動測量超低範圍的氯殘留來推動反滲透膜保護
- 從技術研發到規模量產:恩智浦第三代成像雷達平台,賦能下一代自動駕駛!
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索




