CN110708126B - 一种宽带集成矢量信号调制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种宽带集成矢量信号调制装置及方法，包括校准单元、波段选择单元和宽带矢量调制与输出单元，所述校准单元接收外部校准信号或者利用内部校准源的输出信号，将其作为参考激励源；所述波段选择单元用于接收外部输入的射频信号，进行高低频率的选择，频率范围在第一波段的低频信号直接进入低频调理单元进行调制，然后送至采样器直接采样；频率范围在第二波段的高频信号和参考信号共同进入信号衰减与分段滤波单元，进行信号幅度调整、滤波后，依次传输至功率补偿单元、矢量调制与输出单元，进行矢量调制。

Description

一种宽带集成矢量信号调制装置及方法

技术领域

本公开属于射频微波测试技术领域，具体涉及一种宽带集成矢量信号调制装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前在对宽带信号进行矢量调制过程中，传统的方法是利用宽带同轴滤波器进行整个频段的信号滤波，利用宽带矢量调制芯片进行整个频段的矢量调制。

对宽带矢量信号的调制与解调，输入或者输出信号是一个宽频带信号，而且接收的信号随频率的不同信号强弱不同，大信号会在通路中的放大器、调制器中产生分谐波影响，对小信号的测量会带来影响，因此矢量调制前端必须加分段滤波器以及进行分段矢量调制对输入信号进行优化，而且为了保证测试结果的准确性，矢量调制前端必须加校准通路。

据发明人了解，现有矢量调制方案是基于宽带同轴滤波器、宽带矢量调制器等分离式器件设计的宽带矢量信号调制单元，没有专门设计前端校准通路，射频通路的频率和幅度响应校准需要手动完成，校准过程复杂，且通道平衡性差、体积大、镜频抑制性差；同时，由于调制器前端采用单个宽带滤波器进行信号滤波，调制器采用单个宽带调制芯片进行矢量调制，整个调制通路相位和增益误差大。另外，接收前端采用超外差结构形式，需要设计专门的镜频干扰滤波器抑制镜像频率，而这类宽带滤波器抑制能力有限，导致最终的镜频抑制性差。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种宽带集成矢量信号调制装置及方法，本公开优化了矢量信号的相位和增益平衡度，提高了镜频抑制，同时减小了整个装置体积和成本。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种宽带集成矢量信号调制装置，包括校准单元、波段选择单元和宽带矢量调制与输出单元，其中：

所述校准单元用于接收外部校准信号或者利用内部校准源的输出信号，将其作为参考激励源；

所述波段选择单元用于接收外部输入的射频信号，进行高低频率的选择，频率范围在第一波段的低频信号直接进入低频调理单元进行调制，然后送至采样器直接采样；

频率范围在第二波段的高频信号和参考信号共同进入信号衰减与分段滤波单元，进行信号幅度调整、滤波后，依次传输至功率补偿单元、矢量调制与输出单元，进行矢量调制。

作为可选择的实施方式，整个宽带集成矢量信号调制装置集成在一块印制电路板上来实现。

作为可选择的实施方式，宽带集成矢量信号调制装置的各单元之间通过微带线在印制电路板上进行连接。

作为可选择的实施方式，所述宽带集成矢量信号调制装置还包括内部校准源或连接有外部校准源。

作为可选择的实施方式，第一波段为[100kHz～75MHz]，第二波段为[75MHz～8GHz]。

作为可选择的实施方式，所述波段选择单元包括SPDT开关及固定衰减器，所述SPDT开关的一端口连接固定衰减器，以选择高频信号和进行大信号的衰减，另一端口用于输出低频信号。

作为可选择的实施方式，所述信号衰减与分段滤波单元第一切换开关，所述第一切换开关的两个选择端口分别用于输入参考信号和高频信号，公共端口连接第二切换开关的公共端口，第二切换开关的第一端口连接第三切换开关的第一端口，第二切换开关的第二端口经过第一固定衰减器、可调衰减器连接至第三切换开关的第二端口，第三切换开关的公共端口与第四切换开关的公共端口连接，第四切换开关的第一端口通过第二固定衰减器连接至第五切换开关的第一端口，第四切换开关的第二端口通过第三固定衰减器、低通滤波器和放大器连接至第五切换开关的第二端口，第五切换开关的公共端口依次通过多选一开关、滤波器阵列和多选一开关连接至功率补偿单元。

作为可选择的实施方式，所述功率补偿单元包括依次连接的第一开关放大器、第一可调衰减器、第二开关放大器、第二可调衰减器、第三开关放大器。

作为可选择的实施方式，所述宽带矢量调制与输出单元包括开关阵列，由开关阵列切换导通多路IQ调制模块，每个IQ调制模块包括串联的变压器和IQ调制器，各路的IQ调制器均连接至差分多路选择器上，以实现信号调制通路的选择、单端到差分的转化和矢量调制。

作为可选择的实施方式，所述开关阵列包括多个级联的SPDT开关。

上述装置的工作方法，包括以下步骤：

所述校准单元接收外部校准信号或者利用内部校准源的输出信号，将其作为参考激励源；

所述波段选择单元接收外部输入的射频信号，进行高低频率的选择，频率范围在第一波段的低频信号直接进入低频调理单元进行调制，然后送至采样器直接采样；

频率范围在第二波段的高频信号和参考信号共同进入信号衰减与分段滤波单元，进行信号幅度调整、滤波后，依次传输至功率补偿单元、矢量调制与输出单元，进行矢量调制。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开通过设计单独的校准通路进行工作前各项参数的校准，保证测量误差最小。

本公开利用电子开关进行级联组成开关阵列进行不同频率信号切换，提高了通道隔离度指标；利用IQ调制器阵列对不同频率的信号分段调制，优化了通道增益和相位。

本公开在印制电路板上设计了多组不同频段的滤波器进行分段滤波，获得最佳的谐波抑制，并且整个装置所有器件都集成在同一块微波印制电路板上，集成度高、拆卸方便，测试装置便于集成与维修。

本公开利用单元模块有机组合，实现了对不同带宽的矢量信号的调制功能，目前可直接调制的信号频率范围为100kHz～8GHz，通过和下变频装置配合使用，可实现对任意微波和毫米波信号的快速矢量调制，具有很强的通用性。

本公开对不同带宽的信号进行矢量调制，只需要根据不同的波段选择不同的放大滤波通路与矢量调制通路，矢量调制误差较小。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的宽带集成矢量信号调制装置组成框图；

图2是本公开的校准单元组成框图；

图3是本公开的波段选择单元组成框图；

图4是本公开的信号衰减与分段滤波单元组成框图；

图5是本公开的功率补偿单元组成框图；

图6是本公开的宽带矢量调制与单元组成框图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如背景技术中所述的，目前在对宽带信号进行矢量调制过程中，传统的方法是利用宽带同轴滤波器进行整个频段的信号滤波，利用宽带矢量调制芯片进行整个频段的矢量调制。这种传统的宽带矢量调制方法和装置有以下不足之处：1)相位和增益平衡性差；2)通道校准过程复杂；3)镜频抑制性差；4)体积大、成本高。本公开在充分研究国内外对宽带信号进行矢量调制方法和装置现状的基础上，提出了一种集成式宽带矢量信号调制方法和装置，优化了矢量信号的相位和增益平衡度，提高了镜频抑制，同时减小了整个装置体积和成本。

本公开通过对现有的宽带集成矢量信号调制装置和方法进行归纳，以零中频信号接收架构为核心，采用分段滤波和分段调制的设计方法，将整个宽带矢量调制装置集成在一块印制电路板上来实现，整个装置由校准单元、波段选择单元、信号衰减与分配单元、功率补偿单元、宽带矢量调制与输出单元、低频调理单元等组成，各单元之间通过微带线在印制电路板上进行连接。

其主要的工作流程如下：首先工作时，先利用外部校准源或者内部校准源进行整个调制通路的自动校准，校准完成后该装置就可以正常工作了。外部输入的100kHz～8GHz射频信号首先送至该装置的波段选择单元进行高低频率的选择，频率范围在100kHz～75MHz的低频信号直接进入低频调理单元进行调制，然后送至采样器直接采样；频率范围在75MHz～8GHz的高频信号依次进入信号衰减与分段滤波单元、功率补偿单元、矢量调制与输出单元进行一系列的信号幅度调整、滤波与矢量调制。整个装置的硬件原理框图如图1所示。

从上面的分析可以看出，本公开依单元化设计为核心，具有很强的通用性和维修性。

使用该装置对不同带宽的信号进行矢量调制，只需要根据不同的波段选择不同的放大滤波通路与矢量调制通路，矢量调制误差较小。本公开的目标就是提出一种宽带集成矢量调制的方法，下面具体说明该装置的各部分组成及连接关系。

校准单元由2组SPDT开关SPDT1、SPDT2以及内部校准源组成，根据不同的应用场合可以选择外部校准源进行通道校准，也可以选择内部校准源直接进行校准，默认情况下选择内部校准源进行通道校准，整个单元组成框图如图2虚线部分所示。

波段选择单元由1组SPDT开关及固定衰减器组成，所述SPDT开关的一端口连接固定衰减器，以选择高频信号，另一端口用于输出低频信号。主要完成信号选择以及大信号衰减。波段选择单元组成框图如图3所示。

信号衰减与分段滤波单元由3组固定衰减器、1组可调衰减器、5组SPDT、2组多选1开关、一组滤波器阵列、两组放大器、1组低通滤波器组成，主要完成通道校准以及输入射频信号幅度的调节、滤波，以获取最佳的谐波抑制。信号衰减与分段滤波单元SPDT3，SPDT3的两个选择端口分别用于输入参考信号和高频信号，公共端口连接SPDT4的公共端口，SPDT4的第一端口连接SPDT5的第一端口，SPDT4的第二端口经过第一固定衰减器、可调衰减器连接至SPDT5的第二端口，SPDT5的公共端口与SPDT6的公共端口连接，SPDT6的第一端口通过第二固定衰减器连接至SPDT7的第一端口，SPDT6的第二端口通过第三固定衰减器、低通滤波器和放大器连接至SPDT7的第二端口，SPDT7的公共端口依次通过多选一开关、滤波器阵列和多选一开关连接至功率补偿单元。整个单元组成框图如图4虚线部分所示。

功率补偿单元由3组开关放大器、2组可调衰减器级联组成，主要用于选择射频信号的直通或高增益放大，以满足不同信号增益的需求，整个单元组成框图如图5虚线部分所示。

宽带矢量调制与输出单元由开关阵列(SPDT9、SPDT10、SPDT11)、变压器阵列(变压器1、变压器2、变压器3、变压器4)、IQ调制器阵列(IQ调制器1、IQ调制器2、IQ调制器3、IQ调制器4)以及差分多路选择器组成，主要完成信号调制通路的选择、单端到差分的转化、矢量调制等功能。其中IQ调制器1输入的频率范围为75MHz～2GHz，IQ调制器2输入的频率范围为2GHz～4GHz，IQ调制器3输入的频率范围为4GHz～6GHz，IQ调制器4输入的频率范围为6GHz～8GHz，整个单元组成框图如图6虚线部分所示。

开关阵列选择3个SPDT(SPDT9、SPDT10、SPDT11)级联的形式而不是直接选择SP4T的优点是为了提高通道隔离度。IQ调制器部分采用4组不同参数的IQ调制器进行不同频段的调制，这样设计的优点就是减少了通道的相位和增益误差。

通过上述方案，提高了矢量调制效率。通过开关切换实现信号的分段滤波、放大、分段调制，实现了由低频到微波频段信号的快速调制。

简化了结构形式。由于采用零中频架构的方式进行信号接收，无需体积大而且价格高的RF和IF滤波器，电路体积和成本大大减小，提高了镜频抑制能力，减小了整个装置的体积和成本。

由于整个装置在一块微波印制电路板上实现，因此整个装置集成度高、拆卸方便，测试装置便于集成与维修。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (11)

1.一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：包括校准单元、波段选择单元和宽带矢量调制与输出单元，其中：

所述校准单元用于接收外部校准信号或者利用内部校准源的输出信号，将其作为参考激励源，即参考信号；

所述波段选择单元用于接收外部输入的射频信号，进行高低频率的选择，频率范围在第一波段的低频信号直接进入低频调理单元进行调制，然后送至采样器直接采样；

频率范围在第二波段的高频信号和参考信号共同进入信号衰减与分段滤波单元，进行信号幅度调整、滤波后，依次传输至功率补偿单元、矢量调制与输出单元，进行矢量调制。

2.如权利要求1所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：整个宽带集成矢量信号调制装置集成在一块印制电路板上来实现。

3.如权利要求1所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：宽带集成矢量信号调制装置的各单元之间通过微带线在印制电路板上进行连接。

4.如权利要求1所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：所述宽带集成矢量信号调制装置还包括内部校准源或连接外部校准源。

5.如权利要求1所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：第一波段为[100kHz～75MHz]，第二波段为[75MHz～8GHz]。

6.如权利要求1所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：所述波段选择单元包括SPDT开关及固定衰减器，所述SPDT开关的一端口连接固定衰减器，以选择高频信号，另一端口用于输出低频信号。

7.如权利要求1所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：所述信号衰减与分段滤波单元第一切换开关，所述第一切换开关的两个选择端口分别用于输入参考信号和高频信号，公共端口连接第二切换开关的公共端口，第二切换开关的第一端口连接第三切换开关的第一端口，第二切换开关的第二端口经过第一固定衰减器、可调衰减器连接至第三切换开关的第二端口，第三切换开关的公共端口与第四切换开关的公共端口连接，第四切换开关的第一端口通过第二固定衰减器连接至第五切换开关的第一端口，第四切换开关的第二端口通过第三固定衰减器、低通滤波器和放大器连接至第五切换开关的第二端口，第五切换开关的公共端口依次通过多选一开关、滤波器阵列和多选一开关连接至功率补偿单元。

8.如权利要求1所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：所述功率补偿单元包括依次连接的第一开关放大器、第一可调衰减器、第二开关放大器、第二可调衰减器、第三开关放大器。

9.如权利要求1所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：所述宽带矢量调制与输出单元包括开关阵列，由开关阵列切换导通的多路IQ调制模块，每个IQ调制模块包括串联的变压器和IQ调制器，各路的IQ调制器均连接至差分多路选择器上，以实现信号调制通路的选择、单端到差分的转化和矢量调制。

10.如权利要求9所述的一种宽带集成矢量信号调制装置，其特征是：所述开关阵列包括多个级联的SPDT开关。

11.如权利要求1-10中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

所述校准单元接收外部校准信号或者利用内部校准源的输出信号，将其作为参考激励源，即参考信号；

所述波段选择单元接收外部输入的射频信号，进行高低频率的选择，频率范围在第一波段的低频信号直接进入低频调理单元进行调制，然后送至采样器直接采样；

频率范围在第二波段的高频信号和参考信号共同进入信号衰减与分段滤波单元，进行信号幅度调整、滤波后，依次传输至功率补偿单元、矢量调制与输出单元，进行矢量调制。

Images