CN201430585Y - 双正交Hartley镜像抑制接收机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双正交Hartley镜像抑制接收机，属接收机RF前端结构。其结构包括：正交信号发生器、四个混频器、两个加法器、减法器、90度移相器及两个低通滤波器，正交信号发生器的I信号输出端连接第一混频器和第二混频器的输入端，正交信号发生器的Q信号输出端连接第三混频器和第四混频器输入端，第一混频器和第三混频器的输出端均连接第一加法器的输入端，第一加法器的输出端串接第一低通滤波器后连接第二加法器的输入端，第二混频器和第四混频器的输出端均连接减法器的输入端，减法器的输出端依次串接第二低通滤波器和90度移相器后连接第二加法器的输入端。本结构降低了对相位和幅度失配的敏感度，显著提高了镜像抑制性能。

Description

双正交Hartley镜像抑制接收机

技术领域

本实用新型涉及一种接收机，尤其涉及一种双正交Hartley镜像抑制接收机，属于无线接收机RF前端系统架构领域。

背景技术

在无线接收机结构中，由于RF信号是处于高频的微弱信号，在这个频率上直接进行解调很困难，所以一般将接收到的RF信号下变频到中频(IF)，然后在中频进行解调。但是下变频会带来镜像干扰信号的问题，这样就对有用信号的解调带来了困难。一般情况下，会在混频前，让射频信号先通过一个镜像抑制滤波器后再混频，这样就能大大减弱了镜像的干扰。但是由于这类滤波器工作在高频，并且价格昂贵而且难以集成，因此，为了解决镜像抑制问题，多年来，人们一直在探讨研究新的无线接收机RF前端拓扑结构。

Hartley镜像抑制接收机结构是Hartley在1928年提出的，其结构如图1所示。在该结构中，天线接收经低噪放后的输入信号RF_IN通过两个混频器与互为正交的本振信号LOI和LOQ混频，分别产生同相的I信号和正交的Q信号，然后这两路信号分别通过两个低通滤波器后产生信号I₁和信号Q₁，信号Q₁再通过一个90度移相器产生信号Q₂，接下来信号Q₂和I₁通过加法器相加就得到了所需要的中频输出信号IF_OUT，镜像信号由于相加抵消得到抑制。

但是，Hartley接收机结构的主要缺点是对失配非常敏感，其失配来源有以下几种：

1、本振信号LO的增益和相位的失配；

2、上下两个信号通道上的混频器，低通滤波器和二端口加法器造成的失配；

3、90度移相器造成的附加误差。

由于这些失配的存在，使得镜像信号并没有完全抵消，那么在中频位置就会有镜像干扰信号的存在，从而难以满足系统对镜像信号的抑制要求。由于本振信号和混频器工作在高频，其相位失配和幅度失配更加难以控制，因此其失配对镜像抑制性能的影响尤为严重。

因此，正是因为对匹配的严格要求，所以大大限制了该接收机结构的使用。

发明内容

本实用新型为解决传统Hartley接收机对失配敏感的问题而提出一种镜像抑制性能强的双正交Hartley镜像抑制接收机。

本实用新型的双正交Hartley镜像抑制接收机，其结构包括：正交信号发生器、四个混频器、两个加法器、减法器、90度移相器及两个低通滤波器，其中：正交信号发生器接收输入信号RF_IN，正交信号发生器的同相信号输出端分别连接第一混频器和第二混频器的输入端，正交信号发生器的正交信号输出端分别连接第三混频器和第四混频器的输入端，第一混频器和第四混频器均接收第一本振信号LOI，第二混频器和第三混频器均接收第二本振信号LOQ，第一混频器和第三混频器的输出端均连接第一加法器的输入端，第一加法器的输出端串接第一低通滤波器后连接第二加法器的输入端，第二混频器和第四混频器的输出端均连接减法器的输入端，减法器的输出端依次串接第二低通滤波器和90度移相器后连接第二加法器的输入端，第二加法器输出中频输出信号IF_OUT。

本实用新型与传统的Hartley接收机相比，其镜像抑制性能对正交信号发生器、本振信号LO及混频器的增益和相位失配变得很不敏感，从而大大提高了镜像抑制性能，具体表现如下：

(i)极大地提高了对相位失配的镜像抑制比

传统Hartley接收机结构和双正交Hartley结构对相位失配的镜像抑制比(IRR)分别为：

${\mathrm{IRR}}_{\mathrm{Hartley}}=10\log \frac{(1+\cos \mathrm{\Δ\θ})}{(1-\cos \mathrm{\Δ\θ})}---\left(1\right)$

其中：Δθ为传统Hartley接收机本振信号LO的相位失配。

${\mathrm{IRR}}_{\mathrm{Proposed}}=10\log \frac{(1+\cos \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_1)(1+\cos \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_2)}{(1-\cos \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_1)(1-\cos \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_2)}---\left(2\right)$

其中：Δθ₁、Δθ₂分别为本实用新型中正交信号发生器和本振信号LO的相位失配。

从方程(2)可看出，对数中的分子为(1+cosΔθ₁)(1+cosΔθ₂)，由于Δθ₁、Δθ₂为小量，因此分子接近为4，比方程(1)中的分子大了近一倍，另外由于1-cosΔθ₁和1-cosΔθ₂均为小量，两者相乘，其趋近于零的速度大大增加，由此可见与方程(1)相比，本实用新型的镜像抑制比对相位误差的敏感度大大降低。

(ii)对幅度失配的镜像抑制比提高了6dB

传统Hartley结构和双正交Hartley结构对幅度失配的镜像抑制比(IRR′)分别为：

${{\mathrm{IRR}}^{\′}}_{\mathrm{Hartley}}=20\log \left(\frac{2+\mathrm{\ΔA}}{\mathrm{\ΔA}}\right)---\left(3\right)$

${{\mathrm{IRR}}^{\′}}_{\mathrm{Proposed}}=20\log \left(\frac{4+\mathrm{\Δ}{A}^{\′}}{\mathrm{\Δ}{A}^{\′}}\right)---\left(4\right)$

其中：ΔA、ΔA′分别为传统Hartley接收机结构和本实用新型双正交Hartley结构正交通道的幅度失配。

从方程(3)和(4)可以看出，和传统Hartley接收机结构相比，本实用新型的双正交Hartley结构的镜像抑制比对幅度失配提高了6dB。

附图说明

图1是传统Hartley接收机的结构示意图。

图2是本实用新型的结构示意图。

图3是本实用新型中相关信号的频域电原理图。

图4是本实用新型的实现原理图。

图5是单端转差分信号电路原理图。

图6是两阶RC多相滤波器电路原理图。

图7是吉尔伯特(Gilbert)混频器电路原理图。

图8是差分转单端信号电路原理图。

图9是加法器电路原理图。

图10是减法器电路原理图。

图11是低通滤波器电路原理图。

图12是90度移相器电路原理图。

图2～图4中标号名称：1、11、12均为正交信号发生器；21～24分别为第一、第二、第三、第四混频器；31、32分别为第一和第二加法器；4为减法器；51、52分别为第一和第二低通滤波器；6为90度移相器；61、62均为单端转差分电路；71～74均为差分转单端电路。

具体实施方式

如图1所示是传统的单正交Hartley接收机结构。

如图2所示是本实用新型的结构示意图，它是在传统的Hartley镜像抑制接收机的基础上采用双正交下变频结构取代原来的单正交下变频结构。其结构包括：正交信号发生器1、四个混频器、两个加法器、减法器4、90度移相器6及两个低通滤波器，正交信号发生器1的I信号(同相信号)输出端分别连接第一混频器21和第二混频器22的输入端，正交信号发生器1的Q信号(90度正交信号)输出端分别连接第三混频器23和第四混频器24的输入端，第一混频器21和第三混频器23的输出端均连接第一加法器31的输入端，第一加法器31的输出端串接第一低通滤波器51后连接第二加法器32的输入端，第二混频器22和第四混频器24的输出端均连接减法器4的输入端，减法器4的输出端依次串接第二低通滤波器52和90度移相器6后连接第二加法器32的输入端。

本实用新型的工作过程为：天线接收经低噪放后的输入信号RF_IN通过正交信号发生器1后产生两路信号，即I信号和Q信号，I信号输入第一和第二混频器，Q信号输入第三和第四混频器，第一和第四混频器接收信号LOI，第二和第三混频器接收信号LOQ(LOI和LOQ为互为正交的本振信号)，四个混频器将输入的I信号或Q信号与本振信号LOI或LOQ混频，混频后依次输出I-I、I-Q、Q-Q和Q-I四路信号，将I-I和Q-Q信号通过第一加法器31相加再通过第一低通滤波器51得到的信号输入第二加法器32，将I-Q和Q-I信号通过减法器4相减再依次通过第二低通滤波器52和90度移相器6得到的信号也输入第二加法器32，第二加法器32将两路信号相加，此时镜像信号被抵消，得到需要的中频输出信号IF_OUT。

如图3所示是本实用新型中相关信号的频域电原理图。

如图4所示是本实用新型的实现原理图，其可以作为收音机中接收芯片的射频前端系统架构。在本实现中，由于信号采用差分结构，所以需要单端转差分和差分转单端电路单元。它主要由以下的模块构成：单端转差分电路61和62；正交信号发生器11和12；混频器21、22、23和24；差分转单端电路71、72、73和74；加法器31和32；减法器4；低通滤波器51和52。下面将说明双正交Hartley接收机的以上所述模块的实现。

1)单端信号转换为差分信号电路

射频输入信号RF和本振信号LO均需要转换成差分信号，可采用图5所示的级联共源/共栅结构。

2)正交信号发生器电路

因为需要产生正交的射频RF信号和本振LO信号，双正交Hartley接收机需要两个正交信号发生器，在这里我们选择RC多相滤波器结构，其电路方案如图6所示。

3)混频器电路

在本实施例中，下变频混频器采用吉尔伯特(Gilbert)双平衡混频器，具体的电路方案如图7所示。

4)差分信号转换为单端信号电路

混频器后面的差分转单端信号的电路方案如图8所示。

5)加法器电路

加法器可采用如图9所示的运算放大器A构成的同相加法器，图中电阻R3＝R4＝R5＝R6，其满足公式vo＝v1+v2。

6)减法器电路

减法器可采用如图10所示的运算放大器A构成的减法器，图中电阻R7＝R8＝R9＝R10，其满足公式vo’＝v4-v3。

7)低通滤波器电路

低通滤波器采用七阶切比雪夫(Chebyshev)滤波器，其电路如图11所示。

8)90度移相器

为了实现90度移相，传统的RC-CR网络就很容易实现，其电路方案如图12所示，其中R11＝R12，C6＝C7，V_OUT1和V_OUT2分别产生+45°和-45°相移，在整个输入信号频率范围均满足90度相移。

Claims (1)

1、一种双正交Hartley镜像抑制接收机，其特征在于：包括正交信号发生器(1)、四个混频器、两个加法器、减法器(4)、90度移相器(6)及两个低通滤波器，其中：正交信号发生器(1)接收输入信号RF_IN，正交信号发生器(1)的同相信号输出端分别连接第一混频器(21)和第二混频器(22)的输入端，正交信号发生器(1)的正交信号输出端分别连接第三混频器(23)和第四混频器(24)的输入端，第一混频器(21)和第四混频器(24)均接收第一本振信号LOI，第二混频器(22)和第三混频器(23)均接收第二本振信号LOQ，第一混频器(21)和第三混频器(23)的输出端均连接第一加法器(31)的输入端，第一加法器(31)的输出端串接第一低通滤波器(51)后连接第二加法器(32)的输入端，第二混频器(22)和第四混频器(24)的输出端均连接减法器(4)的输入端，减法器(4)的输出端依次串接第二低通滤波器(52)和90度移相器(6)后连接第二加法器(32)的输入端，第二加法器(32)输出中频输出信号IF_OUT。

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