頻譜儀測試矢量信號源的IQ調(diào)制鏡像抑制度

近幾年來，移動通信在我國得到了迅速的發(fā)展和普及，無線通信的發(fā)射機與接收機技術也得到迅猛發(fā)展。射頻發(fā)射機的主要功能是實現(xiàn)基帶信號調(diào)制、上變頻和功率放大。與接收機的結(jié)構(gòu)相比，發(fā)射機的結(jié)構(gòu)相對比較簡單。通常有：

· 直接上變頻(又稱：零中頻調(diào)制)

· 間接上變頻(又稱：兩級變頻或超外差式)

· 數(shù)字中頻發(fā)射機

標準的IQ正交調(diào)制電路的結(jié)構(gòu)非常簡單，它分為IQ 基帶發(fā)生器和IQ 混頻器兩大部分。不管是調(diào)幅，調(diào)頻或是調(diào)相信號，只需要通過改變不同的IQ 基帶信號就可以實現(xiàn)。而IQ 調(diào)制器的作用是將基帶IQ 信號搬移到載波上。正交調(diào)制器通常能實現(xiàn)較高的相位精度與幅度平衡，非常適合于通信系統(tǒng)中的直接上變頻(零中頻調(diào)制)，因此廣泛用于直接上變頻發(fā)射機，例如蜂窩移動通信、WLAN、UWB超通信系統(tǒng)、藍牙、GPS 等系統(tǒng)中，是現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中的關鍵元件。

下圖1所示是正交調(diào)制器的框圖，如果用于直接上變頻發(fā)射機，省去了第二本振，中頻濾波器和混頻器，使發(fā)射機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，從而降低了成本、體積和功耗。

圖1. 正交調(diào)制器原理框圖

正交調(diào)制器的固有缺點在于本振泄漏和邊帶抑制(本振泄漏主要是由IQ信號的直流偏置,IQ差分信號的不平衡性以及本振和射頻的隔離指標差等因素造成的)。理想情況下，正交調(diào)制器只是完成基帶頻譜的搬移和疊加，不會造成信號的帶外頻譜增生或是產(chǎn)生帶內(nèi)失真。正交調(diào)制器會不可避免的存在非理想因素，使得輸出信號產(chǎn)生各種失真，影響通信質(zhì)量，所以正交調(diào)制器的射頻性能需要進行全方面的測試。

測試IQ調(diào)制器的鏡像抑制一般采用單邊帶CW信號，輸入的I信號：sinω0t，Q信號：cos?ω0t與正交本振混頻以后可得調(diào)制信號s(t)，其中ω0一般為掃頻信號，從DC附近開始到幾十或幾百兆：

s(t)=sinω0t?cosωct-cosω0t? sinωc t

=sin?(ωc-ω0 )t

如果IQ調(diào)制器完全理想，只會在(ωc-ω0)處產(chǎn)生一個單邊帶信號(單邊帶CW信號)，但是由于調(diào)制器的不理想性，也會在(ωc+ω0)處產(chǎn)生一個鏡像信號。與此同時在本振頻率ωc位置也會有一個信號，稱為本振泄漏。本振和鏡像信號的抑制度是IQ調(diào)制器的重要指標。圖2是一個典型的IQ調(diào)制器的單邊帶CW輸出結(jié)果，載波為10G，IQ信號為30MHz，測試得到鏡像信號的抑制度為42dB。此時采用任意波形發(fā)生器產(chǎn)生兩路30MHz的sin和cos信號，分別提供給IQ調(diào)制器作為基帶輸入，也可以使用帶有雙源選件的矢網(wǎng)的兩個通道輸出相位差恒定為90度的CW連續(xù)波，用矢網(wǎng)的另一個好處就是,可以實現(xiàn)掃頻模式下的本振和鏡像抑制度的測試。

圖2. 頻譜儀測試矢量信號源的IQ調(diào)制鏡像抑制度

2. 測試任務

本文采用的正交調(diào)制器待測件是來自ANALOG DEVICES的ADL5371，它的工作頻率范圍：500 MHz～1.5 GHz。下圖3所示，該器件I+，I-，Q+，Q-端口分別為IQ雙路差分基帶輸入，LO為單端本振輸入(LOIN接匹配負載)。基帶輸入需要500mV的偏置電壓。射頻輸出VOUT為單端50Ω。

圖3. 正交調(diào)制器ADL5371 pin(左)和ADL5371的評估板

測試時，ADL5371的評估板需要輸入0dBm、900MHz的單端本振。IQ雙路差分基帶輸入的正弦波的峰峰值為1.4V，頻率為1MHz，并且?guī)в?00mV的偏置電壓。

測試項目包括：輸出功率;輸出1dB壓縮點;載波饋通;邊帶抑制;正交相位誤差;IQ幅度不平衡性;二次、三次諧波抑制;TOI;基帶到射頻幅頻響應。

現(xiàn)有中，一般是在rru(remoteradiounit，射頻拉遠單元)中將基帶信號上變頻為射頻信號，然后將射頻信號傳送至天線，以利用天線無線地發(fā)射該射頻信號。在將基帶信號上變頻為射頻信號的過程中，需要對基帶信號進行iq調(diào)制，即利用本地振蕩信號(簡稱本振信號)來分別對iq信號中的i路分量和q路分量進行調(diào)制。但是，經(jīng)過調(diào)制后的iq信號中一般含有鏡像信號，該鏡像信號主要是由于本地振蕩信號和iq信號之間的相位和幅度不平衡等因素導致的。為了抑制該鏡像信號，現(xiàn)有的做法一般是在iq調(diào)制之前，先對iq信號進行一定的相位和幅度處理，從而使得調(diào)制后的iq信號能夠抑制該鏡像信號。其中，一般是使用預先確定好的相位調(diào)整參數(shù)和幅度調(diào)整參數(shù)來對iq信號進行相位和幅度調(diào)整，此種方式需要預先確定調(diào)整參數(shù)。而現(xiàn)有的方式，在確定相位調(diào)整參數(shù)和幅度調(diào)整參數(shù)時，一般需要在不同的調(diào)整參數(shù)下，反復對泄漏信號的功率進行測試(例如測試次數(shù)可達30次以上)然后才能確定合適的相位調(diào)整參數(shù)和幅度調(diào)整參數(shù)。因此，現(xiàn)有技術在確定相位調(diào)整參數(shù)和幅度調(diào)整參數(shù)比較復雜，實有改進之必要。

要抑制IQ混頻器的鏡像，可以采取以下幾種方法：

1. 使用低通濾波器：將混頻器的輸出信號通過低通濾波器，濾除高頻鏡像信號。低通濾波器的截止頻率應設置在混頻器輸出信號的最高頻率之下，以確保只保留所需的基帶信號。

2. 使用抑制鏡像的混頻器設計：選擇具有良好鏡像抑制性能的混頻器，可以減小鏡像信號的干擾。一些混頻器設計可以通過使用差分結(jié)構(gòu)或添加衰減器來實現(xiàn)更好的鏡像抑制。

3. 使用外部濾波器：在混頻器輸出之后，添加一個外部濾波器來進一步濾除鏡像信號。這可以是一個低通濾波器或其他類型的濾波器，根據(jù)具體的應用需求選擇。

4.優(yōu)化混頻器的本地振蕩器：混頻器的本地振蕩器頻率對鏡像抑制有很大影響。通過優(yōu)化本地振蕩器的頻率和相位，可以減小鏡像信號的功率?？梢允褂妙l率合成器、鎖相環(huán)等方法來實現(xiàn)對本地振蕩器的優(yōu)化。

綜上所述，抑制IQ混頻器的鏡像可以通過使用低通濾波器、抑制鏡像的混頻器設計、外部濾波器以及優(yōu)化本地振蕩器等方法來實現(xiàn)。具體的方法選擇應根據(jù)實際需求和系統(tǒng)設計進行決定。