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。
對(dui)於(yu)數(shu)字(zi)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)而(er)言(yan),載(zai)波(bo)泄(xie)露(lu)是(shi)一(yi)種(zhong)帶(dai)內(nei)幹(gan)擾(rao),如(ru)果(guo)載(zai)波(bo)分(fen)量(liang)較(jiao)強(qiang),將(jiang)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)通(tong)信(xin)質(zhi)量(liang)。因(yin)此(ci),要(yao)盡(jin)量(liang)降(jiang)低(di)載(zai)波(bo)泄(xie)露(lu)。通(tong)常(chang)在(zai)基(ji)帶(dai)側(ce)微(wei)調(tiao) 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>>
- 貿澤EIT係列新一期,探索AI如何重塑日常科技與用戶體驗
- 算力爆發遇上電源革新,大聯大世平集團攜手晶豐明源線上研討會解鎖應用落地
- 創新不止,創芯不已:第六屆ICDIA創芯展8月南京盛大啟幕!
- AI時代,為什麼存儲基礎設施的可靠性決定數據中心的經濟效益
- 矽典微ONELAB開發係列:為毫米波算法開發者打造的全棧工具鏈
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
微波功率管
微波開關
微波連接器
微波器件
微波三極管
微波振蕩器
微電機
微調電容
微動開關
微蜂窩
位置傳感器
溫度保險絲
溫度傳感器
溫控開關
溫控可控矽
聞泰
穩壓電源
穩壓二極管
穩壓管
無焊端子
無線充電
無線監控
無源濾波器
五金工具
物聯網
顯示模塊
顯微鏡結構
線圈
線繞電位器
線繞電阻


