CN112688641A - 一种基于分频器实现正交混频的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分频器实现正交混频的装置及方法，属于电子信息领域。本发明装置包括两个功分器、两个时钟分频器以及两个混频器，两条通路完全对称；本振信号经过功分器后得到两路同相位的本振信号，分别输入至两个时钟分频器，通过控制时钟分频器对两路本振信号进行四分频，同时对其中一个时钟分频器触发延时功能，其中一路信号经过延迟一个输入周期后，两路本振信号在相位上相差90°，两路正交本振信号与经过功分器后得到两路同相位的功分射频被测信号分别进行混频，即得到两路相差90°的基带信号，实现正交混频。本发明在较小的体积下，实现低频宽带正交混频，且减小了体积大带来的相位平衡度变差的问题。
Description
技术领域
本发明属于电子信息领域，具体涉及一种基于分频器实现正交混频的装置及方法。
背景技术
正交混频是指射频信号与本振信号经过混频器混频得到两路相位正交的基带信号，传统正交混频采用I/Q混频器，其测量原理如图1所示。I/Q混频器由两个混频器、一个90°电桥和一个同向功分器构成，本振信号进入I/Q混频器后经过90°电桥功分成两路正交信号分别送入两个混频器，与经过功分器功分得到的两路射频信号进行混频，即可得到两路相位正交的基带信号。
宽带I/Q混频器设计通常工作在1GHz以上，对于频率在1GHz以下的宽带信号，由于现有芯片工艺的技术限制，宽带90°电桥很难实现，例如1GHz以下90°电桥通常工作频率范围都在一个倍频程以内,因此目前市面上并没有成熟的I/Q混频器能实现低频宽带正交混频。现在最常采用的方法与I/Q混频器工作原理类似，如图2所示。将1GHz以下的宽带信号分频段通过90°电桥将本振信号功分成两路正交信号分别送入两个混频器，然后与划分成同样频段的经过功分器功分得到的两路射频信号进行混频，最终得到两路基带信号，因为划分成了多段，所以两路基带信号还需经过开关各合成一路。但该方案由于90°电桥工作频率范围小，需要划分成多段，因此成本高、体积大进而容易导致两路本振信号及基带信号相位平衡度误差加大。
现有的低频正交混频技术不满足宽带技术需求，通过分频段实现宽带正交混频的方案成本高、体积大，且容易导致两路本振信号相位平衡度误差加大。本发明采用功分本振信号，通过时钟分频器四分频并使其中一个分频器延迟一个周期的方法，可实现低频宽带正交混频功能，频率范围可达DC-1GHz，而且此方法成本低、体积小，相位平衡度误差较小，易于集成。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于分频器实现正交混频的装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于分频器实现正交混频的装置，包括两个功分器、两个时钟分频器以及两个混频器；
两个功分器，包括第一功分器和第二功分器；
两个时钟分频器，包括第一时钟分频器和第二时钟分频器；
两个混频器包括第一混频器和第二混频器；
功分器，被配置为用于将一路输入信号能量分成两路输出相等的能量；
时钟分频器，被配置为用于将输入信号频率进行分频，得到输出信号频率为输入信号频率整数分之一，同时能对输出信号的相位进行控制；
混频器，被配置为用于将两个不同频率的信号进行混频；
本振信号经过第一功分器后得到两路同相位的本振信号，分别输入至第一时钟分频器和第二时钟分频器，通过控制第一时钟分频器和第二时钟分频器对两路本振信号进行四分频，同时对第二时钟分频器触发延时功能，通过第二时钟分频器的信号经过延迟一个输入周期后，两路本振信号在相位上相差90°，两路正交本振信号与经过第二功分器后得到两路同相位的功分射频信号通过第一混频器和第二混频器分别进行混频，即得到两路相差90°的基带信号，实现正交混频。
此外，本发明还提到一种基于分频器实现正交混频的方法，该方法采用如上所述的一种基于分频器实现正交混频的装置，具体包括如下步骤：
步骤1：本振信号经过第一功分器后得到两路同相位的本振信号，分别输入至第一时钟分频器和第二时钟分频器；
步骤2：通过控制第一时钟分频器和第二时钟分频器对两路本振信号进行四分频；
步骤3：对第二时钟分频器触发延时功能，第二时钟分频器输出信号延迟一个输入周期，两路本振信号在相位上相差90°，得到两路正交本振信号；
步骤4：射频信号经过第二功分器后得到两路同相位的功分射频信号，分别输入至第一混频器和第二混频器；
步骤5：第一混频器和第二混频器分别对两路正交本振信号与功分射频信号进行混频；
步骤6：得到两路相差90°的基带信号即正交混频信号，实现正交混频。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明针对低频宽带正交混频测量需求，在没有满足频率范围要求I/Q混频器的情况下，设计了一种基于时钟分频器实现正交混频的方法；将本振信号功分成两路，送入两个分频器进行4分频，通过其中一个时钟分频器延迟一个周期即可实现两路本振信号正交，两路本振信号与两路功分射频信号分别进行混频即可得到正交混频信号；在较小的体积下，实现低频宽带正交混频，且减小了体积大带来的相位平衡度变差的问题；使用器件较少，有效减少成本；通过时钟分频器，可以实现低频宽带正交混频；不需分频段，所需布线空间大幅减小，降低布线过长引起相位平衡度变差；使用器件少，集成度高，易于移植。
附图说明
图1为I/Q混频器原理框图。
图2为低频宽带正交混频原理框图。
图3为低频宽带正交混频框图。
图4为时钟分频器延时功能原理图。
图5为本振信号分频、延时相位关系图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
该方案应用于数字解调法相位噪声测试方案，负责对被测信号与本振信号进行正交混频，得到I/Q两路基带信号以便后续通过数字解调方式来提取噪声。图3为低频宽带正交混频框图。结构上，方案需要两个功分器，两个时钟分频器以及两个混频器，两条通路在设计上完全对称，以便保证功分后的本振与被测信号在进入混频器前的相位相同。时钟分频器具有分频、延时等功能。图4为时钟分频器延时功能原理图，输入信号经过时钟分频器，通过控制管脚触发延时功能，时钟分频器输出信号会延时一个输入周期。与未触发延时功能输出信号相比，相位延迟了(1/分频比)*360°。
原理上，本振信号经过功分器后得到两路同相位的本振信号，分别送入两个时钟分频器，通过控制时钟分频器对两路本振信号进行四分频，同时对其中一个时钟分频器触发延时功能，如图5所示，其中一路信号经过延迟一个输入周期后，两路本振信号在相位上就相差了90°，两路本振信号正交，与经过功分器后得到两路同相位的被测信号分别进行混频，即可得到两路相差90°的基带信号，实现正交混频。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于分频器实现正交混频的装置，其特征在于：包括两个功分器、两个时钟分频器以及两个混频器；
两个功分器，包括第一功分器和第二功分器；
两个时钟分频器，包括第一时钟分频器和第二时钟分频器；
两个混频器包括第一混频器和第二混频器；
功分器，被配置为用于将一路输入信号能量分成两路输出相等的能量；
时钟分频器，被配置为用于将输入信号频率进行分频，得到输出信号频率为输入信号频率整数分之一，同时能对输出信号的相位进行控制；
混频器，被配置为用于将两个不同频率的信号进行混频；
本振信号经过第一功分器后得到两路同相位的本振信号，分别输入至第一时钟分频器和第二时钟分频器，通过控制第一时钟分频器和第二时钟分频器对两路本振信号进行四分频，同时对第二时钟分频器触发延时功能，通过第二时钟分频器的信号经过延迟一个输入周期后，两路本振信号在相位上相差90°，两路正交本振信号与经过第二功分器后得到两路同相位的功分射频信号通过第一混频器和第二混频器分别进行混频，即得到两路相差90°的基带信号，实现正交混频。
2.一种基于分频器实现正交混频的方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种基于分频器实现正交混频的装置，具体包括如下步骤：
步骤1：本振信号经过第一功分器后得到两路同相位的本振信号，分别输入至第一时钟分频器和第二时钟分频器；
步骤2：通过控制第一时钟分频器和第二时钟分频器对两路本振信号进行四分频；
步骤3：对第二时钟分频器触发延时功能，第二时钟分频器输出信号延迟一个输入周期，两路本振信号在相位上相差90°，得到两路正交本振信号；
步骤4：射频信号经过第二功分器后得到两路同相位的功分射频信号，分别输入至第一混频器和第二混频器；
步骤5：第一混频器和第二混频器分别对两路正交本振信号与功分射频信号进行混频；
步骤6：得到两路相差90°的基带信号即正交混频信号，实现正交混频。
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2020
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