CN106549682B - 一种减小发射信道角度误差的电路 - Google Patents

一种减小发射信道角度误差的电路 Download PDF

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Abstract

一种减小发射信道角度误差的电路，包括DAC、匹配滤波电路、正交调制器、频综、带通滤波器、VGA、和功放，将数模转换器输出的IQ信号通过正交调制器调制到RF载波上，通过功放发射出去。该电路具有结构简单、成本低的优点。

Description

一种减小发射信道角度误差的电路
技术领域
本方法涉及一种减小发射信道角度误差的电路，属于通信设备技术领域。
背景技术
无线发射系统通常使用直接变频架构，直接将数模转换器输出的IQ信号通过正交调制器调制到RF载波上，具有结构简单、成本低的优点，在RDSS系统的发射信道中得到了应用。但在模拟调制过程中，IQ信号、本振信号的增益和相位不匹配会影响边带抑制、LO泄漏等性能，进而造成发射信号的角度误差等指标变大，增大了误码率，以往抗干扰处理器产品的发射信道，角度误差一般在十几度，而RDSS系统对用户机的此项指标要求＜3°，超过此指标用户机达不到入网标准。
发明内容
本发明技术方案的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种减小发射信道角度误差的电路，减小了发射信号的角度误差，明显提高了发射信号质量，降低了误码率，使RDSS用户机达到了入网标准，能够应用于型号任务中。
本发明采用的技术方案为：
一种减小发射信道角度误差的电路，包括第一数模转换器、第二数模转换器、第一匹配滤波电路、第二匹配滤波电路、正交调制器、频率综合器、第一本振信号滤波电路、第二本振信号滤波电路、带通滤波器、压控放大器和功率放大器；
第一数模转换器将输入到其中的数字中频信号转换为I路模拟中频信号，再通过第一匹配滤波电路进行转换和滤波，做为正交调制器的I路输入；第二数模转换器将输入到其中的数字中频信号转换为Q路模拟中频信号，再通过第二匹配滤波电路进行转换和滤波，做为正交调制器的Q路输入；频率综合器产生两路正交的本振信号分别经过第一本振信号滤波电路和第二本振信号滤波电路滤除本振信号的谐波之后，送入正交调制器，正交调制器将接收到的两路正交的模拟中频信号和两路正交的本振信号进行混频，生成射频信号输出，该射频信号经过带通滤波器滤除带外杂波后，依次经过压控放大器和功率放大器进行放大后发射出去。
所述第一匹配滤波电路和第二匹配滤波电路结构相同，第一匹配滤波电路包括电阻R1I、R2I、R3I和第一重构滤波器；第二匹配滤波电路包括电阻R1Q、R2Q、R3Q和第二重构滤波器；
第一数模转换器输出的I路模拟中频信号的差分正端连接到第一重构滤波器的输入正端，第一数模转换器输出的I路模拟中频信号的差分负端连接到第一重构滤波器的输入负端，同时，所述I路模拟中频信号的差分正端还通过电阻R1I并联到地，所述I路模拟中频信号的差分负端还通过电阻R2I并联到地；
第一重构滤波器的输出正端连接到正交调制器的I路输入正端，第一重构滤波器的输出负端连接到正交调制器的I路输入负端，同时，第一重构滤波器的输出正端和输出负端之间还并联有电阻R3I；
第二数模转换器输出的Q路模拟中频信号的差分正端连接到第二重构滤波器的输入正端，第二数模转换器输出的Q路模拟中频信号的差分负端连接到第二重构滤波器的输入负端，同时，所述Q路模拟中频信号的差分正端还通过电阻R1Q并联到地，所述Q路模拟中频信号的差分负端还通过电阻R2Q并联到地；
第二重构滤波器的输出正端连接到正交调制器的Q路输入正端，第二重构滤波器的输出负端连接到正交调制器的Q路输入负端，同时，第二重构滤波器的输出正端和输出负端之间还并联有电阻R3Q。
所述电阻R1I的阻值与电阻R2I相同，电阻R1I、R2I、R3I的阻值通过如下方式确定：
其中，I是第一数模转换器的输出电流，V直流电平为正交调制器的单端输入的直流电平，V单端信号幅度为正交调制器的单端输入的信号幅度。
所述第一本振信号滤波电路和第二本振信号滤波电路结构相同，均为三阶切比雪夫型LC低通滤波器，二次谐波处的抑制为-16dBc，三次谐波为-28dBc。
所述I路模拟中频信号和Q路模拟中频信号的频率设定为4MHz以上。
本发明技术方案带来的有益效果为：
(1)本发明提出的减小发射信道角度误差的电路，在RDSS用户机发射信道中，改进了匹配滤波器的设计、引入了本振信号滤波电路滤除频综的谐波，提高了LO泄露抑制、边带抑制指标，大大减小了发射信号的角度误差，明显提高了发射信号质量，降低了误码率，在采取了以上各项措施后，发射信道角度误差由原来的13°降为1.6°，使RDSS用户机达到了入网标准，能够应用于型号任务中。
(2)本发明通过设计匹配滤波电路的电路结构，减少了元器件的数量，提高了直流电平的精度。
(3)本发明相比现有技术在频综输出处引入了本振信号滤波电路，采用三阶切比雪夫型LC低通滤波器，二次谐波处的抑制为-16dBc，三次谐波为-28dBc，减小了本振信号对发射信号EVM影响，提高了发射信号的信号质量。
(4)现有技术中模拟中频信号的频点较低，本振注入牵引现象较明显，恶化了EVM，使得角度误差较大，本发明通过提高模拟中频信号频点，消除了本振注入牵引现象，实测角度误差有明显的减小。
附图说明
图1为本发明减小发射信道角度误差电路的原理图；
图2为现有技术中匹配滤波器的实现原理图；
图3为本发明匹配滤波器的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的一种减小发射信道角度误差的电路，包括第一数模转换器DAC、第二数模转换器DAC、第一匹配滤波电路、第二匹配滤波电路、正交调制器、频率综合器、第一本振信号滤波电路、第二本振信号滤波电路、带通滤波器、压控放大器VGA和功率放大器PA；
第一数模转换器将输入到其中的数字中频信号转换为I路模拟中频信号，再通过第一匹配滤波电路进行转换和滤波，做为正交调制器的I路输入；第二数模转换器将输入到其中的数字中频信号转换为Q路模拟中频信号，再通过第二匹配滤波电路进行转换和滤波，做为正交调制器的Q路输入；频率综合器产生两路正交的本振信号分别经过第一本振信号滤波电路和第二本振信号滤波电路滤除本振信号的谐波之后，送入正交调制器，正交调制器将接收到的两路正交的模拟中频信号和两路正交的本振信号进行混频，生成射频信号输出，该射频信号经过带通滤波器滤除带外杂波后，依次经过压控放大器和功率放大器进行放大后发射出去。
IQ信号间的增益和相位不平衡的原因主要有：DAC输出增益、相位误差，调制器基带增益、相位误差，重构滤波器的增益、相位误差，本振正交信号间的增益和相位不平衡和端接电阻的容差。本文中所使用的调制器为AD公司的AD8349。
DAC、调制器的增益、相位误差主要由DAC的器件制造工艺带来，一般来说，对总的误差贡献较小，本文中不再详细论述。
IQ信号间的增益和相位不平衡、端接电阻的容差和本振正交信号间的增益和相位不平衡是造成正交调制器输出信号边带抑制变差的主要原因，进而造成输出信号角度误差变大，从而提高了误码率。具体分析如下：
重构滤波器旨在抑制采样镜像和滤除来自DAC的其它高频成分，不会因上变频将镜像搬移到RF带宽内，其设计目标是使信号通过滤波器后有尽可能小的幅度和相位失真，同时对带外有足够的抑制，贝塞尔结构具有平坦的带内群延时，更适合本应用。元件误差和寄生电容是造成滤波器幅度失真和相位失真的决定性因素。实际应用中，构成滤波器的电感、电容采用5％精度。
如图2所示，为现有技术中一般匹配滤波器的实现原理。R4～R9设置调制器输入的直流电平，模拟中频信号的信号幅度由R10～R12来设置。由于电阻的精度总有一定的限度，这样，而直流电平由R4～R9这些分立电阻来分压得到，精度较差，即使采用1％精度的电阻，各路间的直流电平也会存在较明显差异。
本发明为解决上述问题，提出了如图3所示的匹配滤波电路，两个匹配电路结构相同，下面以第一匹配电路为例说明其电路结构。
第一匹配滤波电路包括电阻R1I、R2I、R3I和第一重构滤波器；第二匹配滤波电路包括电阻R1Q、R2Q、R3Q和第二重构滤波器；
第一数模转换器DAC输出的I路模拟中频信号的差分正端IOUTA1连接到第一重构滤波器的输入正端，第一数模转换器输出的I路模拟中频信号的差分负端IOUTB1连接到第一重构滤波器的输入负端，同时，所述I路模拟中频信号的差分正端IOUTA1还通过电阻R1I并联到地，所述I路模拟中频信号的差分负端IOUTB1还通过电阻R2I并联到地；
第一重构滤波器的输出正端连接到正交调制器的I路输入正端IBBP，第一重构滤波器的输出负端连接到正交调制器的I路输入负端IBBN，同时，第一重构滤波器的输出正端和输出负端之间还并联有电阻R3I；
第二数模转换器输出的Q路模拟中频信号的差分正端IOUTA2连接到第二重构滤波器的输入正端，第二数模转换器输出的Q路模拟中频信号的差分负端IOUTB2连接到第二重构滤波器的输入负端，同时，所述Q路模拟中频信号的差分正端还通过电阻R1Q并联到地，所述Q路模拟中频信号的差分负端还通过电阻R2Q并联到地；
第二重构滤波器的输出正端连接到正交调制器的Q路输入正端QBBP，第二重构滤波器的输出负端连接到正交调制器的Q路输入负端QBBN，同时，第二重构滤波器的输出正端和输出负端之间还并联有电阻R3Q。端接电阻采用1％精度。
电阻R1I的阻值与电阻R2I相同，电阻R1I、R2I、R3I的阻值通过如下方式确定(Q路与I路完全相同，电阻值也相对应)：
其中，I是第一数模转换器的输出电流，V直流电平为正交调制器的单端输入的直流电平，V单端信号幅度为正交调制器的单端输入的信号幅度。
比较而言，本发明匹配滤波电路各路间的直流电平差异要小得多，而且省掉了大量电阻，减少了布板面积。在以前的产品应用中，一直采用交流耦合方式(图2的方式)，在本发明涉及的实际产品应用中，通过试验，比较了两种方式，本发明图3所示电路结构能够减小LO泄露，减小输出信号的角度误差。
本发明中，相比现有技术，在频综之后引入了本振信号滤波电路。第一本振信号滤波电路和第二本振信号滤波电路结构相同，均为三阶切比雪夫型LC低通滤波器，二次谐波处的抑制为-16dBc，三次谐波为-28dBc。
LO增益和相位不平衡指调制器内LO同相和正交信号间的不匹配，LO信号由正交分相器分为LOI和LOQ两组正交信号，与输入的基带信号(模拟中频信号)混频。下列分析显示LO信号间的增益和相位不平衡如何影响边带抑制性能：
如果基带信号(Ibb、Qbb)和LO信号(ILO、QLO)表示如下：
Ibb＝cos(ωbbt)
Qbb＝Gbbsin(ωbbt+φbb)
ILO＝cos(ωct)
QLO＝GLOsin(ωct+φLO)
其中，Gbb、φbb为基带信号的幅度和相位不平衡，GLO、φLO为本振信号的幅度和相位不平衡，则调制器输出信号为：
RF＝Ibb ILO+Qbb QLO＝cos(ωbbt)cos(ωct)+Gbbsin(ωbbt+φbb)GLOsin(ωct+φLO)
输出信号为：
边带信号则为：
此公式表明，本振LO信号的幅度和相位不平衡对输出信号的影响与基带IQ信号带来的影响相同，当LO信号内存在高谐波成分时，LO信号及其谐波通过分相器进行移相，输出包括所有频率成分的移相形式，复合波形是一种零交越点偏离完美正交的正弦波，而LO信号的谐波分量越大，正交LO信号内的相位不平衡越大，从而边带抑制越差，并且奇数阶谐波对正交误差的影响比偶数阶谐波更大。
在以往的实际电路中，实测调制器输出信号的LO泄露≥20dBc，边带抑制≥25dBc，满足不了RDSS系统单机的指标要求。在本发明所应用的实际电路中，在LO信号链路上增加了三阶LC低通滤波器，设计目标为抑制LO的二次、三次谐波至-30dBc以下。所用的频综为AD公司的ADF4360-7，在1800MHz时给出的指标为二次谐波-19dBc，三次谐波-9dBc，为了增大带外抑制，三阶LC低通滤波器设计为切比雪夫型，二次谐波处的抑制为-16dBc，三次谐波为-28dBc。加滤波器前，实测LO泄露：-30dBc，边带抑制-25dBc；加滤波器后，LO泄露：-37dBc，边带抑制-36dBc。
在实际电路调试中，发现若基带信号设为几百KHz，LO信号频率与RF信号频率十分接近，LO信号相当于落在RF信号带内，由于本振注入牵引现象，产生了EVM误差，使得角度误差较大，所以最后将基带信号(模拟中频信号)的频点设置为4MHz以上，实测角度误差有明显的减小。
综上，在采取了以上各项措施后，发射信道角度误差由原来的13°降为1.6°，满足了RDSS用户机的指标要求，在联试中，用户机入网成功，已用于型号任务中。且在今后大量抗干扰处理器的发射信道中，也可以应用此电路，具有较大的实用价值。

Claims (4)

1.一种减小发射信道角度误差的电路，其特征在于：包括第一数模转换器、第二数模转换器、第一匹配滤波电路、第二匹配滤波电路、正交调制器、频率综合器、第一本振信号滤波电路、第二本振信号滤波电路、带通滤波器、压控放大器和功率放大器；
第一数模转换器将输入到其中的数字中频信号转换为I路模拟中频信号，再通过第一匹配滤波电路进行转换和滤波，做为正交调制器的I路输入；第二数模转换器将输入到其中的数字中频信号转换为Q路模拟中频信号，再通过第二匹配滤波电路进行转换和滤波，做为正交调制器的Q路输入；频率综合器产生两路正交的本振信号分别经过第一本振信号滤波电路和第二本振信号滤波电路滤除本振信号的谐波之后，送入正交调制器，正交调制器将接收到的两路正交的模拟中频信号和两路正交的本振信号进行混频，生成射频信号输出，该射频信号经过带通滤波器滤除带外杂波后，依次经过压控放大器和功率放大器进行放大后发射出去；
所述第一匹配滤波电路和第二匹配滤波电路结构相同，第一匹配滤波电路包括电阻R1I、R2I、R3I和第一重构滤波器；第二匹配滤波电路包括电阻R1Q、R2Q、R3Q和第二重构滤波器；
第一数模转换器输出的I路模拟中频信号的差分正端连接到第一重构滤波器的输入正端，第一数模转换器输出的I路模拟中频信号的差分负端连接到第一重构滤波器的输入负端，同时，所述I路模拟中频信号的差分正端还通过电阻R1I并联到地，所述I路模拟中频信号的差分负端还通过电阻R2I并联到地；
第一重构滤波器的输出正端连接到正交调制器的I路输入正端，第一重构滤波器的输出负端连接到正交调制器的I路输入负端，同时，第一重构滤波器的输出正端和输出负端之间还并联有电阻R3I；
第二数模转换器输出的Q路模拟中频信号的差分正端连接到第二重构滤波器的输入正端，第二数模转换器输出的Q路模拟中频信号的差分负端连接到第二重构滤波器的输入负端，同时，所述Q路模拟中频信号的差分正端还通过电阻R1Q并联到地，所述Q路模拟中频信号的差分负端还通过电阻R2Q并联到地；
第二重构滤波器的输出正端连接到正交调制器的Q路输入正端，第二重构滤波器的输出负端连接到正交调制器的Q路输入负端，同时，第二重构滤波器的输出正端和输出负端之间还并联有电阻R3Q。
2.根据权利要求1所述的一种减小发射信道角度误差的电路，其特征在于：所述电阻R1I的阻值与电阻R2I相同，电阻R1I、R2I、R3I的阻值通过如下方式确定：
其中，I是第一数模转换器的输出电流，V直流电平为正交调制器的单端输入的直流电平，V单端信号幅度为正交调制器的单端输入的信号幅度。
3.根据权利要求1所述的一种减小发射信道角度误差的电路，其特征在于：所述第一本振信号滤波电路和第二本振信号滤波电路结构相同，均为三阶切比雪夫型LC低通滤波器，二次谐波处的抑制为-16dBc，三次谐波为-28dBc。
4.根据权利要求1所述的一种减小发射信道角度误差的电路，其特征在于：所述I路模拟中频信号和Q路模拟中频信号的频率设定为4MHz以上。
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