CN106559040A - 校准输出信号相位差的正交分相器、调制/解调器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校准输出信号相位差的正交分相器、调制/解调器及其校准方法，所述的正交分相器包括输入端、第一输出端、第二输出端、校准端、可变电容器和控制器，所述的输入端用于接收输入信号，所述的第一输出端和第二输出端用于输出具有一定相位差的信号，所述的校准端用于反射输入信号，所述的可变电容器连接在所述的校准端与地端之间；所述的控制器的控制端与所述的可变电容器连接，用于调节所述的可变电容器的电容值。本发明所述的正交分相器校准输出信号的相位差，避免误差给测量带来影响。

Description

校准输出信号相位差的正交分相器、调制/解调器及其方法

技术领域

本发明涉及分相器领域，特别涉及一种校准输出信号相位差的正交分相器、调制/解调器及其方法。

背景技术

正交分相器是IQ调制器和IQ解调器中的关键部件，主要作用是输出两路相位差为90°的信号，这两个相互正交的信号作为IQ调制器或解调器中的两个混频器的本振信号(简称LO)。

正交分相器分为三端口正交分相器和四端口正交分相器。三端口正交分相器具有一个输入端口、两个输出端口，两个输出端口输出的信号相位差为90°，可应用在对输出信号相位差精度要求不高的情况；四端口正交分相器具有一个输入端口，一个控制端口和两个输出端口，两个输出端口输出的信号相位差为90°，因为四端口正交分相器比三端口正交分相器多一个控制端口，所以输出信号的相位差精度比较高。

参考图1，是正交巴伦式的四端口正交分相器。正交巴伦又称为正交传输线变压器，其由磁芯和传输线构成，磁芯是用高导磁率、低损耗的铁氧体材料制成的，将传输线缠绕在磁芯上所形成的便是传输线变压器，其还包括输入端P1、输出端P2和P3以及隔离端P4，输入端P1用于接收输入信号，输出端P2和P3用于输出功率相等、相位差为90的°的信号，隔离端P4用于隔离输入端P1的信号。另外，四端口正交分相器还包括正交电桥式，正交电桥又称为正交混合电桥，是一种直通臂和耦合臂输出有90°相位差3dB定向耦合器，通过PCB印制电路板的覆铜构成，正交电桥式四端口正交分相器与正交巴伦式四端口正交分相器具有相同的端口结构，此处不再赘述。

但是，输出端口P2和P3输出的信号只是理论上相位差为90°，实际中，由于走线长度误差、PCB加工精度误差、电桥本身固有误差等总会造成存在微小的相位误差，这就会对IQ调制器和IQ解调器带来影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种校准输出信号相位差的正交分相器、调制/解调器及其方法。

本发明提出了一种校准输出信号相位差的正交分相器，包括输入端、第一输出端、第二输出端、校准端、可变电容器和控制器，所述的输入端用于接收输入信号，所述的第一输出端和第二输出端用于输出具有一定相位差的信号，所述的校准端用于反射输入信号，所述的可变电容器连接在所述的校准端与地端之间；所述的控制器的控制端与所述的可变电容器连接，用于调节所述的可变电容器的电容值。

在本发明所述的正交分相器中，所述的可变电容器还可以由一个变容二极管构成，所述的变容二极管的正极与地端连接，负极与所述的校准端连接，所述的控制器的控制端与所述的负极连接。

在本发明所述的正交分相器中，当正交分相器由正交巴伦实现时，在所述的输入端还可以设置一个隔直电容；当正交分相器由正交电桥实现时，在所述的输入端、第一输出端和第二输出端处还可以分别设置一个隔直电容。

在本发明所述的正交分相器中，所述的可变电容器还可以由两个变容二极管构成，所述的两个变容二极管的负极相互连接，一个变容二极管的正极与地端连接，另一个变容二极管的正极与所述的校准端连接，所述的控制器的控制端与所述的两个负极连接。

在本发明所述的正交分相器中，在所述的输入端与地端之间还可以连接有一个电感。

在本发明所述的正交分相器中，在所述的控制器的控制端与所述的可变电容器之间还可以串联有一个电感。

在本发明所述的正交分相器中，在所述的控制器的控制端与所述的可变电容器之间还可以串联有一个电阻。

在本发明所述的正交分相器中，所述的控制器还可以通过其控制端输出的电压值，调节可变电容器的电容值。

本发明还提出了一种调制/解调器，包括如上所述的正交分相器。

本发明还提出了一种用于校准如上所述的正交分相器的输出信号的相位差的方法，具有以下步骤：

1)预存与多个频率点一一对应的校准电压值；

2)依据一个校准频率点获取与其对应的校准电压值；

3)依据所述的校准电压值控制可变电容器的电容值；

4)依据可变电容器的电容值调整所述正交分相器输出信号的相位差。

与现有技术相比，本发明通过在四端口正交分相器的校准端设置可变电容器，并通过电压控制可变电容器的电容值来改变正交分相器两个输出端口的相位差，从而校准输出信号的相位误差，避免误差对IQ调制器和IQ解调器带来影响。

附图说明

图1是正交巴伦式四端口正交分相器的结构示意图。

图2是本实施例中正交巴伦式四端口正交分相器的第一种举例的结构示意图。

图3是本实施例中正交巴伦式四端口正交分相器的第二种举例的结构示意图。

图4是实施例中校准方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点清楚明白，下面结合附图对本发明的实施方式做进一步详细说明。

参考图2，是本实施例中正交巴伦式四端口正交分相器1的结构示意图。正交分相器1包括输入端101、第一输出端102、第二输出端103、校准端104、可变电容器105和控制器106，输入端101用于接收输入信号，正交分相器1对输入信号进行正交分相处理，第一输出端102和第二输出端103用于输出具有一定相位差的信号，校准端104用于反射输入端102接收的输入信号，可变电容器105连接在校准端104和地端之间，控制器106的控制端与可变电容器105连接，用于调节可变电容器105的电容值。

本实施例在校准端104设置可变电容器105，可变电容器105的一端连接校准端104，另一端连接地端，控制器106通过输出校准电压来控制可变电容器105的容值，从而校准第一输出端102输出的信号和第二输出端103输出的信号之间的相位差。

本发明校准输出信号相位差的原理是通过使校准端104的阻抗不匹配，从而使校准端104的信号全反射到第一输出端102和第二输出端103，通过可调电容器105改变反射信号的相位，从而改变第一输出端102输出的信号和第二输出端103输出的信号之间的相位差。

具体地是将校准端104通过可变电容器105接地短路，即当传输线的终端接纯电抗负载时，终端反射系数的模值等于1，发生全反射。由于是通过纯电抗负载接地，所以反射信号会有一段相移，相移的多少与接入的负载电容的大小有关。所以通过控制器106输出的校准电压控制可变电容器105的电压，可以调节可变电容器105的电容的大小，进而改变反射信号的相位。校准端104的反射信号通过耦合进入第一输出端102和第二输出端103，然后与输入端101耦合到第一输出端102和第二输出端103的正交信号进行叠加，进而调整第一输出端102和第二输出端103输出信号之间的相位差。

参考图2，作为本实施例的一种举例，本举例中的可变电容器105由一个变容二极管构成，该变容二极管的正极与地端连接，负极与校准端104连接，控制器106的控制端与变容二极管的负极连接。

并且在本举例中，当正交分相器由正交巴伦实现时，在输入端101需要设置一个隔直电容；当正交分相器由正交电桥实现时，在输入端101、第一输出端102和第二输出端103处分别设置一个隔直电容。因为变容二极管的电容变化，是靠控制器106给校准端104加入的电压变化来调节的。所以当可变电容器105由一个变容二极管实现时，校准端104是有直流电压的，该直流电压会通过输入端101或第一输出端102和第二输出端103接入连接的射频器件，因此会损坏器件。所以需要在各端口连接隔直电容，以阻挡直流电压。

参考图3，作为本实施例的另一种举例，本举例中的可变电容器105由两个变容二极管构成，两个变容二极管的负极相互连接，一个变容二极管的正极与地端连接，另一个变容二极管的正极与校准端104连接，控制器106的控制端与两个变容二极管的负极连接。

在本举例中，与校准端104连接的变容二极管既能够用于调节电容值，还能够用于防止控制器106中的电流或者电压馈入到正交分相器1的电路中，造成器件毁坏，因为该变容二极管具有反向截止的特性，通过的电流非常微弱，可以忽略不计。

在本举例中，在正交分相器1的输入端101与地端之间连接有一个电感。该电感用于给与校准端104连接的变容二极管提供一个电流到地的完整回路。否则该变容二极管不能起到变容的作用。

作为本实施例的另一种举例，可变电容器105还可以由多个变容二极管串联或者并联构成。

在本实施例中，在控制器106的控制端与可变电容器105之间串联有一个电感。因为电感对于高频信号显高阻抗，可以看成开路，而电感又对于直流信号显低阻抗，可以看成短路。所以正交分相器1中的微波信号并不能通过电感，而控制器106输出的电流或电压可以通过电感。这样可以防止控制器106接入可变电容器105后，射频信号输入到控制线上，影响器件的工作。

在本实施例中，在控制器106的控制端与可变电容器105之间串联有一个电阻，通过调节电阻的大小来调节输入到变容二极管上的电流大小。

在本实施例中，控制器106主要由ARM处理器、FPGA和DAC构成，ARM处理器接收校准程序发送的DAC值控制命令，然后和FPGA通信，让FPGA给DAC寄存器发送配置数据，从而调整DAC的输出电压，从而控制变容二极管的电容变化。控制器106通过其控制端输出的电压值，调节可变电容器105的电容值。

本实施例中还公开了一种调制/解调器，其包括上述的正交分相器，具体的实现方式参考上述内容,此处不再赘述。

参考图4，本实施例还公开了一种用于校准正交分相器1的输出信号相位差的方法，具体包括以下步骤：

401:预存与多个频率点一一对应的校准电压值；

402：依据一个校准频率点获取与其对应的校准电压值；

403:依据所述的校准电压值控制可变电容器的电容值；

404:依据可变电容器的电容值调整所述正交分相器输出信号的相位差。

本校准方法的校准原理如下：

根据正交分相器在某一方面的应用，分析LO正交性误差会直接恶化的指标性能，然后根据测量到的指标，不断调整可变电容器的控制电压，进而纠正LO的正交性误差，达到最优化指标性能的目的。而在测量到的最优指标时对应的控制电压，即此时的DAC控制值即为校准电压值。

也就是说对于正交分相器不同的应用，采用的具体的校准方案是不同的，下面以一个例子说明具体的校准方法：

众所周知，在IQ调制过程中，如果LO正交存在相位误差，那么会严重影响边带抑制性能。那么如何校准LO的正交相位误差呢？因为边带抑制性能直接与LO的正交性相关，那么可以通过测试IQ调制边带抑制性能进而调整LO的正交性误差。通过调整可变电容的控制电压，进而调整LO的正交性误差，使得边带抑制性能最佳。

一个频率点的校准程序步骤如下：

提供IQ单边带调制需要的基带信号I路和Q路，幅度相等，相位相差90°；

控制DAC的输出电压，从小到大进行全范围线性扫描，记录每一个DAC控制值对应的边带抑制值；

其中边带抑制性能最好的一个对应的DAC控制值即为最优的校准值，即为该频率点的校准值；

然后按照同样的方法进行下一个频率点的校准。

如此下去，得到所有校准点的校准电压值。预存这些与多个频率点一一对应的校准电压值；并依据这些校准电压值控制可变电容器105的电容值；最后依据可变电容器105的电容值调整正交分相器1输出信号的相位差。

本实施例中的正交分相器1通过在四端口正交分相器的校准端104设置可变电容器105，并通过控制器106输出的校准电压控制可变电容器105的电容值来改变正交分相器1第一输出端102和第二输出端103之间的相位差，从而校准正交分相器1输出信号的相位误差，避免这些误差对IQ调制器和IQ解调器带来影响。

Claims (10)

1.一种校准输出信号相位差的正交分相器，其特征在于，

包括输入端、第一输出端、第二输出端、校准端、可变电容器和控制器，

所述的输入端用于接收输入信号，

所述的第一输出端和第二输出端用于输出具有一定相位差的信号，

所述的校准端用于反射输入信号，

所述的可变电容器连接在所述的校准端与地端之间；

所述的控制器的控制端与所述的可变电容器连接，用于调节所述的可变电容器的电容值。

2.根据权利要求1所述的正交分相器，其特征在于，所述的可变电容器由一个变容二极管构成，所述的变容二极管的正极与地端连接，负极与所述的校准端连接，所述的控制器的控制端与所述的负极连接。

3.根据权利要求2所述的正交分相器，其特征在于，当正交分相器由正交巴伦实现时，在所述的输入端设置一个隔直电容；当正交分相器由正交电桥实现时，在所述的输入端、第一输出端和第二输出端处分别设置一个隔直电容。

4.根据权利要求1所述的正交分相器，其特征在于，所述的可变电容器由两个变容二极管构成，所述的两个变容二极管的负极相互连接，一个变容二极管的正极与地端连接，另一个变容二极管的正极与所述的校准端连接，所述的控制器的控制端与所述的两个负极连接。

5.根据权利要求4所述的正交分相器，其特征在于，在所述的输入端与地端之间连接有一个电感。

6.根据权利要求1所述的正交分相器，其特征在于，在所述的控制器的控制端与所述的可变电容器之间串联有一个电感。

7.根据权利要求1或5所述的正交分相器，其特征在于，在所述的控制器的控制端与所述的可变电容器之间串联有一个电阻。

8.根据权利要求1所述的正交分相器，其特征在于，所述的控制器通过其控制端输出的电压值，调节可变电容器的电容值。

9.一种调制/解调器，包括权利要求1至8所述的正交分相器。

10.一种用于校准权利要求1至8所述的正交分相器的输出信号的相位差的方法，其特征在于，具有以下步骤：

1)预存与多个频率点一一对应的校准电压值；

2)依据一个校准频率点获取与其对应的校准电压值；

3)依据所述的校准电压值控制可变电容器的电容值；

4)依据可变电容器的电容值调整所述正交分相器输出信号的相位差。