CN105577124A - 一种宽带中频上变频的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽带中频上变频的电路及方法，设定本振输入信号为f_LO？，中频输入信号为f_IF？，其中中频输入信号f_IF功分为正交的两路中频信号，本振输入信号f_LO功分为同相的两路本振信号，分别提供给两个性能相同的混频电路，产生两路上变频射频信号，所述混频电路产生的信号包括所需要的射频信号f_LO±f_IF、三阶杂散信号f_LO±2*f_IF，通过同相合路器，两路射频信号f_LO±f_IF合路输出，两路三阶杂散信号f_LO±2*f_IF，相位相反，相互抵消。在宽带中频上变频的过程中，有效抑制信号传输中的三阶杂散信号，上变频输入中频带宽可以达到1~2个倍频程，上变频输出带通滤波器带宽设置可以达到1~2个中频带宽，降低了上变频输出滤波器的带外抑制指标要求。

Description

一种宽带中频上变频的电路及方法

技术领域

本发明涉及电子通信的高频信号处理领域，尤其涉及一种宽带中频上变频的电路及方法。

背景技术

在射频、微波通信系统中，中频信号需要通过上变频电路处理，将中频信号频率变频到更高的发射信号频率，如图4所示。一般地，混频器是广泛应用于频率变换的电子部件，利用混频器的非线性特性，在本振信号的驱动下，可以对信号频率进行上变频或下变频变换，得到我们需要信号频率。在上变频过程中，由于混频器的非线性，输出信号的频率成分非常丰富，假设输入中频信号频率f_IF、本振信号频率F_LO，输出上变频射频信号频率为f_RF，那么射频输出频率f_RF可能包含有如下频率产物：

n*f_LO+m*f_IF，(m≥1，n≥1，m、n为整数)；

n*f_LO-m*f_IF，(n*f_IF≥m*f_LO)；

m*f_IF-n*f_LO，(m*f_IF≥n*f_LO)。

一般地，上变频需要的是f_LO+f_IF，或者f_LO-f_IF，因此需要采用带通滤波器将所需要的射频频率过滤出来，其他的频率产物都是杂散频率，需要抑制得越干净越好。

图5是中频f_IF上变频产生的频率产物，假设上变频所需要的信号频率是f_LO-f_IF，两边频率较近的频率产物是f_LO和F_LO-2f_IF，对于混频频率产物的分析，用以指导确定带通滤波器性能指标的选取，以有效抑制杂散频率。图5中频频率以点频为例，从图中可以直观地看出，带通滤波器的通带频带和抑制带指标的要求。但是通信系统中信号总是具有一定带宽，当中频信号带宽变宽，那么所需要的上变频信号频带f_LO-f_IF，就会在频谱上与三阶产物f_LO-2f_IF频带靠近，甚至交叠，如图6、图7所示。

图7中，中频带宽BW＝f_IF时，三阶产物f_LO-2f_IF频带已经与上变频信号频带f_LO-f_IF交叠，因此带通滤波器就无法将杂散滤除了。从图中还可以看出显著影响中频通带的是三阶产物f_LO-2f_IF频带。

三阶互调是指当两个基频信号在一个线性系统中，由于非线性因素存在使一个基频信号的二次谐波与另一个基频信号产生差拍(混频)后所产生的寄生信号，因为是这两个信号的相互调制而产生差拍信号，所以这个新产生的信号称为三阶互调失真信号，也就是三阶杂散信号。既然会出现三阶，当然也有更高阶的互调，这些信号也干扰原来的基带信号，因为产生的互调阶数越高信号强度就越弱，所以三阶互调是主要的干扰，考虑的比较多。

不管是有源还是无源器件，如放大器、混频器和滤波器等都会产生三阶互调产物，这些互调产物会影响系统的性能，甚至造成系统不能正常工作，普通的滤波方法无法去除三阶互调干扰，现有技术多通过调整系统参数，提高器件性能等来抑制三阶互调干扰，其实现依赖于具体系统，调整较为复杂，没有一个简便的、统一适用的方法来抑制三阶互调干扰。

通过上述的分析，如果能够有效地抑制三阶产物f_LO-2f_IF频带，那么就可以将带宽为倍频程，甚至更宽的中频信号进行上变频处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种宽带中频上变频的电路及方法，在宽带中频上变频的过程中，有效抑制信号传输中的三阶杂散信号。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种宽带中频上变频的电路，包括本振信号输入端口和中频信号输入端口，所述本振信号输入端口接入0°功分器的输入端，所述0°功分器的输出端分成两路分别连接第一混频器的输入端和第二混频器的输入端；所述中频信号输入端口接入90°电桥的输入端，所述90°电桥的输出端分成两路分别连接第一混频器的输入端和第二混频器的输入端；所述第一混频器的输出端和第二混频器的输出端均连接0°合路器的输入端，所述0°合路器的输出端连接第一滤波器，所述第一滤波器的输出端连接上变频射频信号输出端口。

优选方案中，所述本振信号输入端口和0°功分器之间设置第一放大器。

优选方案中，所述中频信号输入端口和90°电桥之间设置第二放大器。

优选方案中，第二放大器可以是线性放大器，也可以是非线性放大器。第二放大器为非线性放大器时，所述第二放大器的输入端连接中频信号输入端口，第二放大器的输出端连接开关滤波器组的输入端，所述开关滤波器组的输出端连接90°电桥的输入端，滤波器个数可以根据需要选取。

优选方案中，所述第一混频器和第二混频器的性能参数要求一致，优选为同批次同晶圆相邻的单片混频器。

本发明同时提供一种宽带中频上变频的方法，设定本振输入信号为f_LO，中频输入信号为f_IF，其中中频输入信号f_LF功分为正交的两路中频信号，本振输入信号f_LO功分为同相的两路本振信号，分别提供给两个性能相同的混频电路，产生两路上变频射频信号，所述混频电路产生的信号包括所需要的射频信号f_LO±f_IF、三阶杂散信号f_LO±2*f_IF，通过同相合路器，两路射频信号f_LO±f_IF合路输出，两路三阶杂散信号f_LO±2*f_IF，相位相反，相互抵消。

优选方案中，本振输入信号经过驱动放大后再功分，中频输入信号放大采用线性放大器放大后再接入90°电桥功分。

优选方案中，中频输入信号采用非线性放大器进行放大后，加开关滤波器组对中频输入信号二次谐波进行抑制，其对中频输入信号二次谐波抑制度要求大于上变频输出杂散的抑制度要求。

本发明的有益效果为：在宽带中频上变频的过程中，有效抑制信号传输中的三阶杂散信号，上变频输入中频带宽可以达到1～2个倍频程，上变频输出带通滤波器带宽设置可以达到1～2个中频带宽，降低了上变频输出滤波器的带外抑制指标要求，或者减少了上变频输出开关滤波器组的滤波器路数。

附图说明

图1为本发明实施例一的电路结构示意图；

图2为本发明实施例二的电路结构示意图；

图3为本发明实施例中宽带中频为f_IF倍频程时上变频频谱示意图；

图4为现有技术中上变频原理示意图；

图5为现有技术中上变频频谱示意图；

图6为现有技术中中频带宽为f_IF/2时上变频频谱示意图；

图7为现有技术中中频带宽为f_IF时上变频频谱示意图。

附图标记说明

A1-第一放大器，A2-第二放大器，B1-第一混频器，B2-第二混频器，C1-第一滤波器，C2-第二滤波器，C3-第三滤波器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。

实施例一

参见图1，本发明涉及一种宽带中频上变频的电路，包括本振信号输入端口和中频信号输入端口，本振信号输入端口接入0°功分器的输入端，0°功分器的输出端分成两路分别连接第一混频器的输入端和第二混频器的输入端；中频信号输入端口接入90°电桥的输入端，90°电桥的输出端分成两路分别连接第一混频器的输入端和第二混频器的输入端；第一混频器的输出端和第二混频器的输出端均连接0°合路器的输入端。第一混频器和第二混频器的性能参数要求一致，优选为同批次同晶圆相邻的单片混频器。

0°合路器的输出端连接第一滤波器，第一滤波器的输出端连接上变频射频信号输出端口。本振信号输入端口和0°功分器之间设置第一放大器，中频信号输入端口和90°电桥之间设置第二放大器。第二放大器是线性放大器。

实施例二

参见图2，本发明涉及一种宽带中频上变频的电路，包括本振信号输入端口和中频信号输入端口，本振信号输入端口接入0°功分器的输入端，0°功分器的输出端分成两路分别连接第一混频器的输入端和第二混频器的输入端；中频信号输入端口接入90°电桥的输入端，90°电桥的输出端分成两路分别连接第一混频器的输入端和第二混频器的输入端；第一混频器的输出端和第二混频器的输出端均连接0°合路器的输入端。第一混频器和第二混频器的性能参数要求一致，优选为同批次同晶圆相邻的单片混频器。

0°合路器的输出端连接第一滤波器，第一滤波器的输出端连接上变频射频信号输出端口。本振信号输入端口和0°功分器之间设置第一放大器，中频信号输入端口和90°电桥之间设置第二放大器。第二放大器为非线性放大器，第二放大器的输入端连接中频信号输入端口，第二放大器的输出端连接开关滤波器组的输入端，开关滤波器组的输出端连接90°电桥的输入端。

以上两个实施例是本发明的两种电路结构，下面举例说明采用上述任一实施例中的结构，得到的使用效果。

本发明将需要变频的信号分为两路，使两路信号在混频器中产生的三阶杂散信号相位相反，从而实现相互抵消。设输入中频信号为：ACos2πf_IF ^t，本振信号为：BCos2πf_LOt，中频信号经过90度电桥，分成正交的两路信号：本振信号经过0度功分器，分成同相的两路信号：经过混频后，生成两路混频信号，其中有用中频信号分别为： $\frac{C}{2}Cos2\mathrm{\π}(f_{LO}\±f_{IF})t,\frac{C}{2}Cos\[2\mathrm{\π}(f_{LO}\±f_{IF})t\±\frac{\mathrm{\π}}{2}\],$ 两路中频信号幅度相等，相位相差90度；三阶杂散信号分别为： $\frac{D}{2}Cos\[2\mathrm{\π}(f_{LO}\±2f_{IF})t\±\mathrm{\π}\]=-\frac{D}{2}Cos(f_{LO}\±2f_{IF}),$ 两路三阶杂散信号幅度相等，相位相反。两路上变频射频信号和三阶杂散信号经过0度合路器合成输出，输出上变频射频信号为：而两路三阶杂散信号由于幅度相等，相位相反，互相抵消，输出为零。

例如，输入中频信号范围400～800MHz，本振信号9.4GHz，以高本振为例，所需输出上变频射频信号范围为8.6～9GHz，三阶杂散信号范围7.8～8.6GHz，这种三阶杂散信号抑制达到60dB，从图3来看，上变频射频带通滤波器的矩形系数可以选取不大于3∶1就可以了，混频器对本振泄露和四阶产物f_LO-3f_IF频带本身就有一定的抑制，因此这种指标的带通滤波器是很容易实现的。

对比图3和图7可以发现，实际操作中，三阶杂散信号的频率并没有改变，也没有完全消失，只是通过本发明的方法后幅度抵消了，幅度减小到完全可以满足上变频对杂散抑制的要求。

以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种宽带中频上变频的电路，其特征在于：包括本振信号输入端口和中频信号输入端口，所述本振信号输入端口接入0°功分器的输入端，所述0°功分器的输出端分成两路分别连接第一混频器的输入端和第二混频器的输入端；所述中频信号输入端口接入90°电桥的输入端，所述90°电桥的输出端分成两路分别连接第一混频器的输入端和第二混频器的输入端；所述第一混频器的输出端和第二混频器的输出端均连接0°合路器的输入端，所述0°合路器的输出端连接第一滤波器，所述第一滤波器的输出端连接上变频射频信号输出端口。

2.如权利要求1所述的宽带中频上变频的电路，其特征在于：所述本振信号输入端口和0°功分器之间设置第一放大器。

3.如权利要求1所述的宽带中频上变频的电路，其特征在于：所述中频信号输入端口和90°电桥之间设置第二放大器。

4.如权利要求3所述的宽带中频上变频的电路，其特征在于：所述第二放大器为线性放大器。

5.如权利要求3所述的宽带中频上变频的电路，其特征在于：所述第二放大器为非线性放大器，所述第二放大器的输入端连接中频信号输入端口，第二放大器的输出端连接开关滤波器组的输入端，所述开关滤波器组的输出端连接90°电桥的输入端。

6.如权利要求1所述的宽带中频上变频的电路，其特征在于：所述第一混频器和第二混频器的性能参数要求一致，优选为同批次同晶圆相邻的单片混频器。

7.一种宽带中频上变频的方法，其特征在于：设定本振输入信号为f_LO，中频输入信号为f_IF，其中中频输入信号f_IF功分为正交的两路中频信号，本振输入信号f_LO功分为同相的两路本振信号，分别提供给两个性能相同的混频电路，产生两路上变频射频信号，所述混频电路产生的信号包括所需要的射频信号f_LO±f_IF、三阶杂散信号f_LO±2*f_IF，通过同相合路器，两路射频信号f_LO±f_IF合路输出，两路三阶杂散信号f_LO±2*f_IF，相位相反，相互抵消。

8.如权利要求7所述的宽带中频上变频的方法，其特征在于：本振输入信号经过驱动放大后再功分，中频输入信号放大采用线性放大器放大后再接入90°电桥功分。

9.如权利要求7所述的宽带中频上变频的方法，其特征在于：中频输入信号采用非线性放大器进行放大后，加开关滤波器组对中频输入信号二次谐波进行抑制，其对中频输入信号二次谐波抑制度要求大于上变频输出杂散的抑制度要求。