CN104410393B - 一种高速高频调制器电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速高频调制器电路及方法，包括九个耦合器，一个数模转换器，八个晶体管，一个功分器以及五个电阻。本发明改变了传统方法将调制信号与载波信号进行乘法运算从而得到已调信号的方式。将调制信号转换为衰减控制电路的控制电压信号，通过对载波信号I、Q分量的衰减控制达到高速调制的目的。

Description

一种高速高频调制器电路及方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种高速高频调制器电路及方法。
背景技术
近年来，随着各种多媒体技术的快速发展以及个人数码设备的迅速普及，为了支持高清，甚至超高清视频及图像数据的传输，以及不同设备间大量数据实时同步的要求。如何在设备间进行高速数据传输，已成为当前无线通信领域的研究热点与难点。根据香农(Shannon)定理，无线信道的传输能力和其传输带宽成正比。因此，为了能够得到更快的传输速率，无线通信系统的工作频率越来越高。随着系统工作频率和数据传输速率的不断提升，如何对高频载波信号进行实时地高速调制，已成为当前无线通信系统中亟需解决的核心和关键问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种高速高频调制器电路及方法，提升传统基于耦合器的衰减器电路的性能和可靠性。其技术方案如下：
一种高速高频调制器电路，包括九个耦合器(Coupler1～Coupler9)，一个数模转换器(DAC)，八个晶体管(M1～M8)，一个功分器(Divider1)以及五个电阻(R1～R5)。其中，耦合器1(Coupler1)的一端接输入载波信号另一端接负载电阻(R1)，输出端分别接耦合器2(Coupler2)和耦合器6(Coupler6)的输入端。耦合器2和耦合器6的另一端分别接负载电阻(R2和R4)。耦合器2(Coupler2)和耦合器6(Coupler6)的输出，分别接耦合器3(Coupler3)、耦合器5(Coupler5)、耦合器7(Coupler7)和耦合器9(Coupler9)。耦合器3(Coupler3)，耦合器5(Coupler5)，耦合器7(Coupler7)和耦合器9(Coupler9)的另两端分别接控制晶体管1到晶体管8(M1～M8)。晶体管1到晶体管8(M1～M8)的栅极分别接数模转换器(DAC)输出的控制信号线。数模转换器(DAC)的输入为调制信号。耦合器3(Coupler3)，耦合器5(Coupler5)，耦合器7(Coupler7)和耦合器9(Coupler9)的输出分别接耦合器4(Coupler4)和耦合器8(Coupler8)的输入端。耦合器4(Coupler4)和耦合器8(Coupler8)的输出端一端接负载电阻(R3和R5)，另一端接功分器(Divider1)的输入端。功分器(Diverder1)输出为整体调制器输出已调信号。
进一步优选，所述耦合器1～9均为90°正交耦合器。为了满足高速信号调制的需求，数模转化器为4路高速模数转换器。为了提升系统性能，耦合器3，耦合器5，耦合器7和耦合器9的实际连接方式，采用图3所示的连接方式。在控制晶体管与接地间加入控制电容和传输线，通过控制电容(C1，C2)和传输线(TL1，TL2)对电路的频率特性和温度稳定性进行有效补偿。
一种高速高频载波调制方法，包括以下步骤：
步骤1：输入待调制载波信号由耦合器1的输入端输入到调制器；
步骤2：调制信号输入到数模转换器，并通过数模转换器转换为4路模拟控制信号；
步骤3：输入待调载波信号被耦合器1分解成同相(I路)和正交(Q路)两路信号(如图2所示)；
步骤4：被分解的同相(I路)和正交(Q路)被耦合器2～耦合器5和耦合器6～耦合器9所组成的两个双向衰减器，按照控制晶体管(M1～M8)的控制，进行衰减和反向。(如图2所示)；
步骤5：被处理后的同相(I路)和正交(Q路)信号由耦合器4和耦合器8输出到功分器1；
步骤6：功分器1将处理后的同相(I路)和正交(Q路)信号合成，并输出最终调制好的输出信号。
本发明的有益效果：
1.新的高频信号高速调制方法
改变了传统方法将调制信号与载波信号进行乘法运算从而得到已调信号的方式。将调制信号转换为衰减控制电路的控制电压信号，通过对载波信号I、Q分量的衰减控制达到高速调制的目的。
2.新的衰减控制单元电路
通过控制电容(C1，C2)和传输线(TL1，TL2)对电路的频率特性和温度稳定性进行有效补偿，从而大大提升传统基于耦合器的衰减器电路的性能和可靠性。
附图说明
图1为本发明高速高频调制器电路图；
图2为I、Q信号双向衰减示意图，其中图2a为输入待调载波信号前，图2b为输入待调载波信号后；
图3为衰减控制电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
高频载波信号进入电路后先被耦合器(Coupler1)分解为I、Q两路。此后，通过控制晶体管(M1～M8)阻抗完成对I、Q两路信号分别进行双向(+/-)衰减，如图2所示。最后通过功合器(Diverder1)进行合成，从而完成对高频载波信号的幅度、相位和频率的调制。
本发明在在高频载波进行调制时，改变了传统方法将调制信号与载波信号进行乘法运算从而得到已调信号的方式。将调制信号转换为衰减控制电路的控制电压信号，如图1中红框所示。通过对载波信号I、Q分量的衰减控制达到高速调制的目的。
与此同时，传统的由耦合器构成的衰减器结构在高频工作时，存在着频带较窄，随温度和工作频率变化大等不足。本次设计了新的衰减控制结构，如图3所示。在该结构中，通过控制电容(C1，C2)和传输线(TL1，TL2)对电路的频率特性和温度稳定性进行有效补偿，从而大大提升衰减控制电路的性能和可靠性。
电路调制方式可根据需求设置为各种数字及模拟调制方式，如：FM、AM、FSK、MSK、QAM等，只需在基带端对输入调制信号进行相应处理即可，无需对电路硬件进行调整。该电路可以实现对高频(>60GHz)载波信号进行多种模拟及数字调制。因此，该电路非常适于应用与各种高速无线通信系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种高速高频载波调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：输入待调制载波信号由耦合器1的输入端输入到调制器；
步骤2：调制信号输入到数模转换器，并通过数模转换器转换为4路模拟控制信号；
步骤3：输入待调载波信号被耦合器1分解成同相I路和正交Q路两路信号；
步骤4：被分解的同相I路和正交Q路被耦合器2、耦合器3、耦合器4、耦合器5和耦合器6、耦合器7、耦合器8、耦合器9所组成的两个双向衰减器，按照控制晶体管的控制，进行衰减和反向；
步骤5：被处理后的同相I路和正交Q路信号由耦合器4和耦合器8输出到功分器1；
步骤6：功分器1将处理后的同相I路和正交Q路信号合成，并输出最终调制好的输出信号。
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