CN116488983A - 一种i-q矢量调制器及其应用的射频信号调制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请适用微波器件技术领域，提供了一种I‑Q矢量调制器及其应用的射频信号调制方法。本申请的I‑Q矢量调制器通过将输入的原始射频信号分成正交的第一射频信号和第二射频信号两路信号；并基于多个双相幅度调制器组成两组三级级联结构来增大每一路信号的最大幅度和最小幅度比值，以此实现高动态范围的矢量调制。同时，该电路结构也保证了矢量调制器的360°移相功能。其采用的射频信号调制方法必然具有同样的技术效果。

Description

一种I-Q矢量调制器及其应用的射频信号调制方法
技术领域
本申请属于微波器件技术领域，尤其涉及一种I-Q矢量调制器及其应用的射频信号调制方法。
背景技术
矢量调制器是一种能够调制信号相位和幅度的控制电路，被广泛应用于通信、雷达和电子对抗系统等设备中。传统的矢量调制器一般能够实现约20dB动态范围，这严重制约了矢量调制器的应用。在实现高动态范围的矢量调制时，现有技术存在不足。
发明内容
本申请的目的在于提供一种I-Q矢量调制器及其应用的射频信号调制方法，旨在通过双相幅度调制器的级联解决现有矢量调制器无法进行高动态范围矢量调制的技术问题。
一方面，本申请提供了一种I-Q矢量调制器，包括射频输入端、3dB正交耦合器、双相幅度调制器、功率合成器和射频输出端；六个所述双相幅度调制器构成两组三级级联双相幅度调制器结构，两组所述三级级联双相幅度调制器结构分别连接在所述3dB正交耦合器和功率合成器之间；所述射频输入端接收原始射频信号并输出给所述3dB正交耦合器，所述3dB正交耦合器将输入的所述原始射频信号分成第一射频信号和第二射频信号，分别输入两组所述三级级联双相幅度调制器结构；所述功率合成器将两组所述三级级联双相幅度调制器结构输出的幅度可调信号合成一路调制信号后输出给所述射频输出端。
另一方面，本申请还提供了一种应用于上述任意一项所述I-Q矢量调制器的射频信号调制方法，所述方法包括下述步骤：
s1.3dB正交耦合器将射频输入端输入的原始射频信号分成第一射频信号和第二射频信号；
s2.两组三级级联结构分别将所述第一射频信号和所述第二射频信号调制为幅度可调信号；
s3.功率合成器将输入的两组所述幅度可调信号合成一路调制信号后输出给射频输出端。
本申请针通过3dB正交耦合器将输入的原始射频信号分成正交等幅的第一射频信号和第二射频信号两路信号；并基于多个双相幅度调制器组成两组三级级联双相幅度调制器结构来增大每一路信号的最大幅度和最小幅度比值，以此实现高动态范围的矢量调制。
附图说明
图1是本申请实施例一提供的I-Q矢量调制器的结构示意图；
图2是本申请中3dB正交耦合器隔离端口连接50Ω负载的结构示意图；
图3是本申请中双相幅度调制器结构示意图；
图4是本申请中三级级联双相幅度调制器结构示意图；
图5是本申请射频信号调制方法的主要流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下结合具体实施例对本申请的具体实现进行详细描述：
实施例一：
图1-4示出了本申请实施例一提供的I-Q矢量调制器的结构组成，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分，详述如下：
一方面，如附图1所示，本申请提供了一种I-Q矢量调制器，包括射频输入端、3dB正交耦合器、双相幅度调制器、功率合成器、射频输出端、I控制端、控制端、Q控制端和/>控制端；六个双相幅度调制器构成两组三级级联双相幅度调制器结构，两组三级级联双相幅度调制器结构分别连接在3dB正交耦合器和功率合成器之间；射频输入端接收原始射频信号并输出给3dB正交耦合器，3dB正交耦合器将输入的原始射频信号分成第一射频信号和第二射频信号，分别输入两组三级级联双相幅度调制器结构；输入到两组三级级联双相幅度调制器结构的第一射频信号和第二射频信号分别受到I控制端、/>控制端输入的控制信号和Q控制端、/>控制端输入的控制信号调制；功率合成器将两组三级级联双相幅度调制器结构输出的幅度可调信号合成一路调制信号后输出给射频输出端。
具体的，原始射频信号输入3dB正交耦合器后分成幅度相同而相位正交(0°和90°)的两路信号，即第一射频信号和第二射频信号。然后，这两路信号分别进入由双相幅度调制器构成的三级级联双相幅度调制器结构，通过改变I控制端、控制端、Q控制端和/>控制端输入的控制电压或电流，输出的两路信号均幅度可调而相位可选(0°或180°)。从而，一路产生0°或180°幅度可调信号，另一路产生90°或270°的幅度可调信号。最后，两路信号通过功率合成器同相合成输出，两路信号相位决定合成输出信号的所在象限，幅度比控制具体的输出信号相位角和幅度，从而得星座图上的任意信号矢量。
进一步的，3dB正交耦合器输出的第一射频信号和第二射频信号幅度相同且相位正交。
进一步的，3dB正交耦合器输出的第一射频信号和第二射频信号的相位分别为0°和90°。
进一步的，两组三级级联双相幅度调制器结构包括控制信号相对独立的I控制三级级联双相幅度调制器结构和Q控制三级级联双相幅度调制器结构。
进一步的，三级级联双相幅度调制器结构的控制信号互补；如图所示，I和Q和/>为两组对应互补的控制信号。若控制信号为电压，则I和/>控制电压之和为常数，Q和/>控制电压之和为常数；若控制信号为电流，则I和/>控制电流之积为常数，Q和/>控制电流之积为常数。I和Q，/>和/>为两组需求范围内的任意控制信号。
进一步的，两组三级级联双相幅度调制器结构中一组产生0°或180°的幅度可调信号，另一组产生90°或270°的幅度可调信号。
如附图2所示，3dB正交耦合器包括输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口；3dB正交耦合器输入端口接收原始射频信号；隔离端口连接50Ω匹配负载；直通端口和耦合端口均连接可变电阻；可变电阻为PIN二极管或处于线性区的晶体管。
在优选的实施例中，3dB正交耦合器的隔离端口连接50Ω匹配负载，有利于吸收端口失配引起的反射回波，改善输入回波。
如附图3所示，双相幅度调制器包括4个3dB正交耦合器和2个可变电阻器。其中，第一3dB正交耦合器的耦合端口连接第二3dB正交耦合器的输入端口，第二3dB正交耦合器的隔离端口连接第三3dB正交耦合器的输入端口、第三3dB正交耦合器的隔离端口连接第四3dB正交耦合器的输入端口，第四3dB正交耦合器的隔离端口连接第一3dB正交耦合器的直通端口。
第一3dB正交耦合器的输入端口作为双相幅度调制器的输入端，第三3dB正交耦合器的耦合端口作为双相幅度调制器的输出端。
第二3dB正交耦合器的耦合端口通过第一可变电阻的不变端接地，直通端口通过第二可变电阻的不变端接地；第一可变电阻和第二可变电阻的可变端连接后作为双相幅度调制器的Q端；
第四3dB正交耦合器的耦合端口通过第三可变电阻的不变端接地，直通端口通过第四可变电阻的不变端接地；第三可变电阻和第四可变电阻的可变端连接后作为双相幅度调制器的端；
第一3dB正交耦合器的隔离端口通过50Ω匹配负载接地；第三3dB正交耦合器的直通端口通过50Ω匹配负载接地。
在优选的实施例中，双相幅度调制器结构能够抵消由于可变电阻器寄生电容带来的性能偏移，从而获得更好的相位和幅度特性。
如附图4所示，三个双相幅度调制器串联构成一组三级级联双相幅度调制器。
在本申请中，相较于双相幅度调制器的电压传输系数可表示为：S21＝A*e-jθ，其中，A为电压传输系数幅度，θ为电压传输系数相位；三级级联双相幅度调制器的电压传输系数可表示为：(S21)3＝A3*e-j3θ。
可见，采用三级级联双相幅度调制器结构后，可调幅度的最大值和最小值的比值被极大扩展。以分贝(dB)为单位表示，其动态范围变为双相幅度调制器动态范围的3倍。
优选的，双相幅度调制器还可采用五级级联结构，其动态范围是单级双相幅度调制器动态范围的5倍，相应地，器件面积、插入损耗会进一步增大。
本申请中，经三级级联双相幅度调制器进行幅度和相位调制的两路信号，最终通过功率合成器同相合成输出。两路信号相位决定合成输出信号的所在象限，幅度比控制具体的输出信号相位角和幅度，从而获得任意信号矢量。本发明通过级联三级双相幅度调制器增大每一路信号的最大幅度和最小幅度比值来扩展矢量调制器动态范围。
实施例二：
另一方面，如附图5所示，本申请还提供了一种应用于上述任意一项I-Q矢量调制器的射频信号调制方法，方法包括下述步骤：
s1.3dB正交耦合器将射频输入端输入的原始射频信号分成第一射频信号和第二射频信号；
s2.两组三级级联结构分别将第一射频信号和第二射频信号调制为幅度可调信号；
s3.功率合成器将输入的两组幅度可调信号合成一路调制信号后输出给射频输出端。
进一步的，步骤s2中三级级联结构内的双相幅度调制器，基于控制电压或控制电流的改变来调制输入信号的相位和幅度。
综上所述，本申请提出的I-Q矢量调制器及其应用的射频信号调制方法基于采用三级级联结构的多个双相幅度调制器来增大每一路信号的最大幅度和最小幅度比值，以此实现高动态范围的矢量调制。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种I-Q矢量调制器，包括射频输入端、3dB正交耦合器、双相幅度调制器、功率合成器和射频输出端；其特征在于，六个所述双相幅度调制器构成两组三级级联双相幅度调制器结构，两组所述三级级联双相幅度调制器结构分别连接在所述3dB正交耦合器和功率合成器之间；所述射频输入端接收原始射频信号并输出给所述3dB正交耦合器，所述3dB正交耦合器将输入的所述原始射频信号分成第一射频信号和第二射频信号，分别输入两组所述三级级联双相幅度调制器结构；所述功率合成器将两组所述三级级联双相幅度调制器结构输出的幅度可调信号合成一路调制信号后输出给所述射频输出端。
2.如权利要求1所述的I-Q矢量调制器，其特征在于，所述3dB正交耦合器输出的所述第一射频信号和所述第二射频信号幅度相同且相位正交。
3.如权利要求2所述的I-Q矢量调制器，其特征在于，所述3dB正交耦合器输出的所述第一射频信号和所述第二射频信号的相位分别为0°和90°。
4.如权利要求3所述的I-Q矢量调制器，其特征在于，两组所述三级级联结构包括控制信号相对独立的I控制三级级联结构和Q控制三级级联结构。
5.如权利要求4所述的I-Q矢量调制器，其特征在于，所述三级级联结构的控制信号互补。
6.如权利要求5所述的I-Q矢量调制器，其特征在于，两组所述三级级联结构中一组产生0°或180°的所述幅度可调信号，另一组产生90°或270°的所述幅度可调信号。
7.如权利要求1所述的I-Q矢量调制器，其特征在于，所述3dB正交耦合器包括输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口；所述3dB正交耦合器输入端口接收原始射频信号；所述隔离端口连接50Ω匹配负载；所述直通端口和所述耦合端口均连接可变电阻；所述可变电阻为PIN二极管或处于线性区的晶体管。
8.如权利要求7所述的I-Q矢量调制器，其特征在于，所述双相幅度调制器包括4个所述3dB正交耦合器和2个所述可变电阻器。
9.一种应用于权利要求1至6任意一项所述I-Q矢量调制器的射频信号调制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
s1.3dB正交耦合器将射频输入端输入的原始射频信号分成第一射频信号和第二射频信号；
s2.两组三级级联结构分别将所述第一射频信号和所述第二射频信号调制为幅度可调信号；
s3.功率合成器将输入的两组所述幅度可调信号合成一路调制信号后输出给射频输出端。
10.如权利要求9所述的调制方法，其特征在于，所述步骤s2中所述三级级联结构内的双相幅度调制器，基于控制电压或控制电流的改变来调制输入信号的相位和幅度。
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