CN103618685A - 矢量调制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矢量调制器，包括：功分器、第一压控衰减器、第二压控衰减器、合成器，以及数字控制电路；数字控制电路包括：数字信号接口模块，用于接收控制数字信号；数据计算模块，与数字信号接收模块连接，根据控制数字信号计算得到同相I信道和正交Q信道所需要的控制电压；第一数模转换模块，连接于数据计算模块及第一压控衰减器之间，并根据数据计算模块计算得到的同相I信道所需要的控制电压控制第一压控衰减器；及第二数模转换模块，连接于数据计算模块及第二压控衰减器之间，并根据数据计算模块计算得到的所述正交Q信道所需要的控制电压控制第二压控衰减器。上述矢量调制器可提高控制电压精确度。

Description

矢量调制器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种矢量调制器。

背景技术

为了满足信息处理、控制与通信要求，现代综合信息处理平台上都装备有大量的通信电子设备，采用的天线数量也不断增加。由于造价成本的要求，综合信息处理平台空间一般相对较小，因而通信系统的发射天线和接收天线间距离会比较接近，有时无法达到规定的隔离度要求。例如，对于应用非常广泛的短波通信系统而言，发射天线的发射功率较大(几百瓦，甚至上千瓦)，可能会在附近接收天线处耦合很强的干扰电压(几伏，甚至几十伏)，此干扰电压会严重影响接收机的正常工作。当强邻频干扰信号与微弱有用信号同时进入接收机时，由于输入干扰信号过强，超过了接收机动态范围，从而使接收机的灵敏度显著下降，有用信号的增益显著降低，形成了阻塞干扰。

请参见图1，为了消除干扰，需要从发射机耦合一部分信号作为干扰样本，让其通过矢量调制器来改变幅度和相位，使得经过调整后的干扰样本与接收机天线收到的干扰信号的幅度相等相位相反，从而达到消除干扰的目的。因此，在雷达、通信等领域，矢量调制器在干扰消除方面有着重要的作用。

请参见图2，所示为传统矢量调制器的原理模型，样本信号进入调制器后，通过90°功分器分为正交的同相（I）信道信号和具有90°相位差的正交（Q）信道信号。I信道和Q信道两路信号幅度相等，相位相差90°。I信道和Q信道信号各自通过一个相压控衰减器，例如图2中所示的双极性相位恒定压控衰减器，通过控制电压的大小，控制各路信号的衰减量并决定是否进行180°的相位变化；最后再将I、Q两个信道信号调制后的信号合成一个输出信号；也就是说，通过对I、Q两个信道分别进行幅度和相移调制，最终使输入信号能够产生任意相移和幅度的变化，达到矢量调制的目的。

然而，传统矢量调制器采用直接电压控制的方式，即通过给I、Q两个信道的压控衰减器施加不同的电压，控制I、Q信道信号的幅度和极性变化，达到控制幅度和相移调制的目的。对使用者而言，采用这种控制方式，使用需要要提供准确的控制电压，当要求的调制精度越高时，控制电压要求的准确度越高，从而不方便进行控制，对使用者造成了极大的不便，提高了使用难度和开发成本。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种可提高控制电压精确度的矢量调制器。

本发明提供一种矢量调制器，包括：功分器，用于将输入信号分成同相I信道信号和正交Q信道信号；第一压控衰减器和第二压控衰减器，被分别配置于同相I信道和正交Q信道，用于分别调制所述同相I信道信号和正交Q信道信号的相位和幅度；合成器，用于耦合所述第一压控衰减器和第二压控衰减器的输出信号；数字控制电路，包括：数字信号接口模块，用于接收控制数字信号；数据计算模块，与所述数字信号接收模块连接，根据所述控制数字信号计算得到所述同相I信道和正交Q信道所需要的控制电压；第一数模转换模块，连接于所述数据计算模块及所述第一压控衰减器之间，并根据所述数据计算模块计算得到的所述同相I信道所需要的控制电压控制所述第一压控衰减器；及第二数模转换模块，连接于所述数据计算模块及所述第二压控衰减器之间，并根据所述数据计算模块计算得到的所述正交Q信道所需要的控制电压控制所述第二压控衰减器。

其中，所述控制信号包括需要调制的幅度信号和/或者相位信号。

其中，所述第一压控衰减器和所述第二压控衰减器为双极性相位恒定压控衰减器。

其中，所述矢量调制器还包括第一相位恒定衰减模块，耦合于所述功分器和所述第一压控衰减器之间；第二相位恒定衰减模块，耦合于所述功分器和所述第二压控衰减器之间。

其中，所述第一相位恒定衰减模块及所述第二相位恒定衰减模块均为多级衰减模块，用于进行固定步进变化的信号衰减。

其中，所述矢量调制器还包括温补模块，分别与所述第一数模转换模块及第二数模转换模块相连，所述温补模块用于根据工作温度补偿因温度变化而产生的电性能的变化。

其中，所述温补模块中存储温度与损耗、相位的对应关系，根据实时获取的当前工作温度得到当前温度下的插损、相依变化，并计算出当前温度下，所述第一压控衰减器和第二压控衰减器对应的变化量，以对所述第一压控衰减器和所述第二压控衰减器的控制电压进行修正。

本发明实施方式的矢量调制器，通过在传统的矢量调制器中增加数字控制电路，根据输入的控制数字信号，包括需要调制的幅度信号和/或者相位信号，对施加于第一压控衰减器和第二压控衰减器的电压进行控制，通过数字控制，提高了电压控制的准确性和精度，从而矢量调制器对输入信号的调制精度得到提高，极大地方便了使用者，并且，上述数字控制电路结构简单，具有开发成本低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是现有的利用矢量调制器消除干扰的原理示意图。

图2是现有的矢量调制器的原理模型图。

图3是本发明实施方式一的矢量调制器的模块图。

图4是本发明实施方式二的矢量调制器的模块图。

图5是本发明实施方式三的矢量调制器的模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，虽然此处可以使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在此使用的术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定。如此处所使用的，除非上下文另外清楚地指出，则单数形式意图也包括复数形式。

应当进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

请参见图3，本发明实施方式一的矢量调制器10，包括：功分器11、第一压控衰减器12、第二压控衰减器13、合成器14以及数字控制电路20。

功分器11，用于将输入信号分成同相I信道信号和正交Q信道信号。本实施例中，所述功分器11为90°功分器，I信道信号I和Q信道信号具有预定的相位差，优选地为彼此90度的相位差。

第一压控衰减器12和第二压控衰减器13，被分别配置于同相I信道101和正交Q信道102中，用于分别调制所述同相I信道信号和正交Q信道信号的相位和幅度。第一压控衰减器12和第二压控衰减器13，采用电压控制的方式，通过施加不同的控制电压，控制I信道信号I和Q信道信号的幅度和相位变化。

合成器14，用于耦合第一压控衰减器12和第二压控衰减器13的输出信号。合成器14将第一压控衰减器12和第二压控衰减器13的输出信号进行矢量合成，得到一个输出结果。也就是说，通过I信道信号I和Q信道信号分别进行幅度和相移调制，最终使输入信号能够产生任意相移和幅度的变化，将调制后I信道信号I和Q信道信号进行叠加，达到矢量调制的目的。

数字控制电路20，包括：数字信号接口模块21、数据计算模块22、第一数模转换模块23及第二数模转换模块24。

数字信号接口模块21，用于接收控制数字信号。

数据计算模块22，与所述数字信号接收模块21连接，根据所述控制数字信号计算得到所述同相I信道101和正交Q信道102所需要的控制电压。

第一数模转换模块23，连接于所述数据计算模块22及所述第一压控衰减器12之间，并根据所述数据计算模块22计算得到的所述同相I信道101所需要的控制电压控制所述第一压控衰减器12。

第二数模转换模块24，连接于所述数据计算模块22及所述第二压控衰减器13之间，并根据所述数据计算模块22计算得到的所述正交Q信道102所需要的控制电压控制所述第二压控衰减器13。

在本实施方式中，所述数字信号接口模块21接收的控制信号包括：需要调制的幅度信号和/或者相位信号。优选地，所述控制信号同时包括需要调制的幅度信号和相位信号。

本发明实施方式一的矢量调制器10，通过在传统的矢量调制器中增加数字控制电路20，根据输入的控制数字信号，包括需要调制的幅度信号和/或者相位信号，对施加于第一压控衰减器12和第二压控衰减器13的电压进行控制，通过数字控制，提高了电压控制的准确性和精度，从而矢量调制器10对输入信号的调制精度得到提高，极大地方便了使用者，并且，上述数字控制电路20结构简单，具有开发成本低的优点。

在本实施方式中，所述第一压控衰减器12和所述第二压控衰减器13可以为双极性相位恒定压控衰减器。

对于矢量调制器而言，对于输入信号的调制精度，取决于I信道信号I和Q信道信号上的双极性恒定相位压控衰减器的变化精度，进而取决于衰减器控制电压的产生精度。产生的控制电压精度越高，衰减器的变化越精确，信号的调制也就越精确。因此，提高信号调制精度的本质在于提高控制电压的产生精度。

对于控制电压的产生，一般的做法是通过在数字电路中使用DA（Digital toAnalog）转换器进行转化。当控制电压的范围增大，由于DA转换器的控制位数有限，不可能无限增长位数，导致控制电压的精度降低，最终影响信号的调制精度。

对于矢量调制器，一方面需要对相位调制的精度足够高，另一方由于干扰信号的功率有大有小，这就要求矢量调制器的幅度调制范围需要足够大，也就是说I信道信号I和Q信道信号上的衰减器衰减范围要足够大。

当要求双极性恒定相位压控衰减器的衰减量范围变大时，一则因为需要提高控制电压的范围，从而减小控制精度；二则由于控制电压的线性变化并不带来衰减量的线性变化，尤其是当衰减量较大的时候，极小的控制电压变化就会带来较大的衰减变化，当衰减量要求过大的情况下，DA转换器最小的电压变化量所带来的衰减量变化，就有可能无法满足调制精度的要求。

为了解决上述问题，本发明实施方式二的矢量调制器30，在I信道和Q信道分别增加一个相位恒定衰减模块，可根据输入的控制信号进行固定变化的衰减量的调节。

如图4所示，本发明实施方式二的矢量调制器30与实施方式一基本相同，包括功分器11、第一压控衰减器12、第二压控衰减器13、合成器14，以及数字控制电路20。不同之处在于，所述矢量调制器30还包括：第一相位恒定衰减模块31，耦合于所述功分器11和所述第一压控衰减器12之间；第二相位恒定衰减模块32，耦合于所述功分器11和所述第二压控衰减器13之间。

优选地，所述第一相位恒定衰减模块31及所述第二相位恒定衰减模块32均为多级衰减模块，用于进行固定步进变化的信号衰减。

如图4所示，所述第一相位恒定衰减模块31及所述第二相位恒定衰减模块32均多级衰减，如图中所示的，包括X0dB衰减、X1dB衰减、X2dB衰减、X3dB衰减、X4dB衰减等多级衰减，并设定固定步进的衰减变化。

通过传统矢量调制器的基础上，在I信道和Q信道上，分别加入第一相位恒定衰减模块31及所述第二相位恒定衰减模块32，可根据数字控制信号进行固定步进变化的衰减，因此，在加入模块后，第一压控衰减器12、第二压控衰减器13的衰减范围就分别缩小到了第一相位恒定衰减模块31及所述第二相位恒定衰减模块32的衰减步进，而总的衰减范围并没有发生变化。

第一相位恒定衰减模块31及所述第二相位恒定衰减模块32的原理很多,例如可以用电子开关切换，还可以用数字电位器。

随着衰减范围的减小，不仅将避免因在高衰减量下使用衰减器高非线性区域而降低衰减精度的问题，而且随着控制电压的范围的减小，在DA位数一定下，将提高控制电压的产生精度，进而提高衰减量的控制精度，最终提高矢量调制器的信号调制精度。

在矢量调制器中，对于输入信号的调制通常都是采用模拟电路，所用的都是模拟器件，必然会因为温度的变化而产生电性能的变化，从而使信号的幅度和相位都产生变化，因此，信号通过矢量调制器后的幅度和相位会随着温度变化产生不稳定的现象。

为了解决全温范围下温度稳定性的问题，本发明实施方式三的矢量调制器40，在传统矢量调制器的基础上，加入了温补控制模块41，根据工作温度的变化对衰减器的控制电压进行修正。

请参见图5，本发明实施方式三的矢量调制器40与实施方式一基本相同，包括功分器11、第一压控衰减器12、第二压控衰减器13、合成器14，以及数字控制电路20。数字控制电路20，包括：数字信号接口模块21、数据计算模块22、第一数模转换模块23，及第二数模转换模块24。

不同之处在于，所述矢量调制器40还包括温补模块41，分别与所述第一数模转换模块23及第二数模转换模块24相连，所述温补模块41用于根据工作温度补偿因温度变化而产生的电性能的变化。

所述温补模块41中存储温度与损耗、相依的对应关系，根据实时获取的当前工作温度得到当前温度下的插损、相移变化，并计算出当前温度下，所述第一压控衰减器12和第二压控衰减器13对应的变化量，以对所述第一压控衰减器12和所述第二压控衰减器13的控制电压进行修正，从而保持所调制信号的幅度、相位稳定。

具体而言，当数字控制电路20收到改变信号幅度x和相位θ的命令时，计算出I信道和Q信道的衰减量A和B。在通过检测设备，例如温度传感器采集出矢量调制器40的工作温度T后，根据温补模块41存入的温度变化曲线，得到I信道和Q信道的固有衰减和相移C（T）和D（T），从而得到第一压控衰减器12和第二压控衰减器13产生的衰减量E、F，E=A-C（T），F=B-D（T）,最后得到应该提供的控制电压V（I，T）和V（Q，T）。

上述第二实施方式和第三实施方式可以进行结合，即在一矢量调制器中既包括第一相位恒定衰减模块31及第二相位恒定衰减模块32，还包括温补模块41。

本发明的矢量调制器可应用于在雷达、通信等领域。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种矢量调制器，包括：

功分器，用于将输入信号分成同相I信道信号和正交Q信道信号；

第一压控衰减器和第二压控衰减器，被分别配置于同相I信道和正交Q信道，用于分别调制所述同相I信道信号和正交Q信道信号的相位和幅度；

合成器，用于耦合所述第一压控衰减器和第二压控衰减器的输出信号；

数字控制电路，包括：

数字信号接口模块，用于接收控制数字信号；

数据计算模块，与所述数字信号接收模块连接，根据所述控制数字信号计算得到所述同相I信道和正交Q信道所需要的控制电压；

第一数模转换模块，连接于所述数据计算模块及所述第一压控衰减器之间，并根据所述数据计算模块计算得到的所述同相I信道所需要的控制电压控制所述第一压控衰减器；及

第二数模转换模块，连接于所述数据计算模块及所述第二压控衰减器之间，并根据所述数据计算模块计算得到的所述正交Q信道所需要的控制电压控制所述第二压控衰减器。

2.如权利要求1所述的矢量调制器，其特征在于，所述控制信号包括需要调制的幅度信号和/或者相位信号。

3.如权利要求2所述的矢量调制器，其特征在于，所述第一压控衰减器和所述第二压控衰减器为双极性相位恒定压控衰减器。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的矢量调制器，其特征在于，还包括第一相位恒定衰减模块，耦合于所述功分器和所述第一压控衰减器之间；以及第二相位恒定衰减模块，耦合于所述功分器和所述第二压控衰减器之间。

5.如权利要求4所述的矢量调制器，其特征在于，所述第一相位恒定衰减模块及所述第二相位恒定衰减模块均为多级衰减模块，用于进行固定步进变化的信号衰减。

6.如权利要求1至3中任意一项所述的矢量调制器，其特征在于，还包括温补模块，分别与所述第一数模转换模块及第二数模转换模块相连，所述温补模块用于根据工作温度补偿因温度变化而产生的电性能的变化。

7.如权利要求6所述的矢量调制器，其特征在于，所述温补模块中存储温度与损耗、相依的对应关系，根据实时获取的当前工作温度得到当前温度下的插损、相依变化，并计算出当前温度下，所述第一压控衰减器和第二压控衰减器对应的变化量，以对所述第一压控衰减器和所述第二压控衰减器的控制电压进行修正。

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