JPH07105775B2

JPH07105775B2 - ベクトル変調器校正方法

Info

Publication number: JPH07105775B2
Application number: JP62267572A
Authority: JP
Inventors: アラン・ピー・エドワード; ダビッド・アール・ギルデア; チャング・ユー・ラウ
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: DE3788498T2; EP0265218B1; US4717894A; DE3788498D1; EP0265218A3; EP0265218A2; JPS63119339A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明はベクトル変調器、すなわち、直交位相（I/Q）
変調器の校正に関し、特にたった１台のスカラ検出器を
用いたベクトル変調器の校正に関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

マイクロ波通信はデジタル変調技術を用いたデジタル通
信へ切り替わる傾向にある。これらの技術にはベクトル
変調、すなわち、直交位相変調を実現する新しいクラス
の信号変調が必要とされる。ベクトル変調において、２
つの変調入力信号が独立して、キャリアの同相（Ｉ）お
よび直交位相（Ｑ）成分を変調する。正しく動作させる
ためには変調器のチャンネルＩおよびＱの利得を等し
く、すなわち、バランスがとれるようにし、かつ、正確
に90度離す、すなわち直交位相にしなければならない。

ベクトル変調器を校正する１つの方法はRFキャリア入力
およびRF変調出力にネットワークアナライザを接続する
ことである。ネットワークアナライザはＩおよびＱ変調
入力に印加されたDC電圧変化により生じたRF変調出力の
振幅、および位相を測定する。これらの測定から変調器
の利得および位相の精度が決定され、校正される。この
方法の欠点は高価で、やや厄介なことであり、したがっ
て、自己校正用としてベクトル変調器へ組み込むことは
ない。また、はとんどのネットワークアナライザの精度
には限度がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的はベクトル変調器校正用の装置、および方
法を与えることである。

〔発明の概要〕

前記装置および方法はネットワークアナライザを必要と
せず、その代り、スカラRF検出器を用いる。本発明によ
り、校正測定の精度が改善され、校正システムは十分に
コンパクトで安価となり、自己校正用としてベクトル変
調器に組み込むことができる。

本発明は移相器を付けた標準ベクトル変調器回路から成
るシステムを用いて、RFキャリアＩおよびＱ成分の相対
位相を調整し、前述のそれらの目的を実現する。可変減
衰器をＩおよびＱ変調信号入力に挿入し、変調信号の相
対振幅を調整する。

スカラ検出器を用いて校正測定を行い、RF出力信号の振
幅を測定する。２個のDC信号源はＩおよびＱ変調入力用
の基準信号を供給する。別の２個のDC信号源はキャリア
漏えい補償信号を供給し、最後のDC信号源239はＩおよ
びＱ変調信号の振幅のバランスをとるための校正信号を
供給する。

結果に変化が見られなくなるまで４段階の校正プロセス
を反復する。移相器を調整し、直交位相誤差を最小にす
る。キャリア漏えい補償源を調整し、キャリア漏れを最
小にし、変調入力をグラウンドしたときのRF出力を最小
にする。出力振幅が等しくなるまで減衰器を調整し、Ｉ
およびＱ変調信号の振幅のバランスをとる。最後に直交
位相校正信号源を調整し、その出力振幅のバランスをと
る。変化が見られなくなるまでこの一連の調整を反復す
る。

〔発明の実施例〕

ベクトル変調器（I/Q変調器とも言う。）は２個の別々
の変調信号を印加し、キャリア信号の同相（Ｉ）および
直交（Ｑ）成分を変調する。第１図は典型的なベクトル
変調器の概略ブロック図を示す。局部発振器11によって
発生されたRFキャリア信号は90度のパワーデバイダ13に
よってＩおよびＱ成分に分けられる。Ｉ成分（位相０度
と定義する）はミクサ15のLO入力に印加される。Ｉチャ
ンネル変調信号をミクサ15のもう一方の入力に印加し変
調されたＩ信号を生ずる。Ｉ成分と90度離れたＱ成分は
ミクサ17の入力に印加される。Ｑチャンネル変調信号を
ミクサ17のもう一方の入力に印加し、変調されたＱ信号
を生ずる。変調されたＩおよびＱ信号を０度の電力コン
バイナ19で結合し、ベクトル変調されたRF出力信号を発
生する。

この変調器設計から生ずるベクトル変調信号の主な誤差
はキャリア漏れ、ＩおよびＱチャンネルの振幅不均衡、
および直交位相誤差に帰すことができる。

キャリア漏れは変調入力をグラウンドしたときに現われ
るミクサからの出力信号である。これはミクサ内のオフ
セット電圧がゼロではないこと、ミクサを通るLO信号の
容量性、あるいは誘導性の結合、およびミクサポートで
のインピーダンス不整合によって引き起こされる。Ｉお
よびＱミクサの変換ロスの差が振幅不均衡を生ずる。直
交位相誤差は90度のパワースプリッタおよび０度の電力
コンバイナの校正ミス（設計許容誤差）および、Ｉおよ
びＱチャンネルの電気路長差のためである。

本発明を組み入れたベクトル変調器−第２図に図式的に
示した−においてこれら３個の誤差源は自己校正手順に
よって大幅に減少する。

第２図において第１図と機能的に同一の構成部分は頭に
２を付けた以外参照番号が同じである。たとえば第２図
のミクサ215は第１図のミクサ15と機能的に同等であ
る。

第２図において、パワースプリッタ213とミクサ215およ
び217の間に移相器221および223を付け加えて基本ベク
トル変調回路を修正し、RFキャリアＩおよびＱ成分の相
対位相を調整する。可変減衰器225および227をＩおよび
Ｑ変調信号入力ラインに挿入し、変調信号の相対振幅を
調整する。

検出器220を用いて校正測定を行ないRF出力信号の振幅
を測定する。DC信号源235および237はスイッチ241およ
び243によってＱおよびＩ変調信号の代わりにミクサ217
および215に接続されたとき、ＱおよびＩ変調入力用基
準信号となる。DC信号源229および231はそれぞれＱおよ
びＩ信号成分にキャリア漏れ補償信号を供給する。信号
源239は、スイッチ245および247によってＩ入力ライ
ン、あるいはＱ入力ラインのどちらかに選択的に接続さ
れるが、ＩおよびＱ振幅のバランスをとるための校正信
号を供給する。

第３図は本発明のベクトル変調器、および校正技術の動
作理論を示している。第3A図、および第3C図のダイアグ
ラムは、原点からの距離によって表わされる信号の振
幅、および任意の基準信号からの角変位によって表わさ
れた相対位相信号をベクトル領域でプロットしたもので
ある。第3A図、第3B図、および第3C図においてＩ変調信
号の位相を基準位相として用いる。信号の周波数は表わ
されていないが、暗黙のうちに基準周波数、すなわち、
通常はキャリア周波数と同じであると仮定されている。
ベクトル変調器の適正な動作を第3A図に示す。Ｉ変調入
力に印加されたDC電圧は同相変調信号（Ｉ）301にな
る。Ｑ変調入力に同じ電圧を印加すると直交位相変調信
号（Ｑ）303になる。もし、ベクトル変調器が完全に校
正されれば同相変調信号（Ｉ）301および直交変調信号
（Ｑ）303は位相が正確に90度異っており、信号の振幅
は等しい。正および負の極性の変調ベクトルを組み合わ
せれば４個の異なるベクトルは305、307、309および311
を生じ、該４個のベクトルはまた位相が直交しており、
振幅は等しい。

もし、ＩおよびＱ変調信号の振幅のバランスがとれてお
り、位相が正確に90度でないならば、いくらかの直交位
相誤差があり、第3B図に示したものと同様の状態が結果
として生ずる。示した例において、ＩおよびＱ変調信号
間の角329は90度以上である。合成ベクトルの位相は直
交しているが、振幅は同じではない。（Ｉ＋,Q＋）ベク
トル321および（Ｉ−,Q−）ベクトル327は（Ｉ＋,Q−）
ベクトル323および（Ｉ−,Q＋）ベクトル325より小さ
い。

もし、ＩおよびＱ変調信号が90度だけ位相がずれてお
り、振幅が異なっていれば振幅不均衡誤差が存在し、第
3C図に示したものと同様の状態が結果として生ずる。合
成ベクトルの振幅は同じであるが位相は直交していな
い。（Ｉ＋,Q＋）ベクトル331は（Ｉ＋,Q−）ベクトル3
33から測って90度以下である。

ベクトル変調器を校正するには第3B図および第3C図に示
した位相および振幅誤差の両方を修正し、キャリア漏れ
を最少にすることが必要である。本発明の校正方法およ
び装置を用いれば、合成RF出力信号の振幅だけを測定す
る検出器で校正し、検出器自身を校正することはない。
校正動作は結果に変化がみられなくなるまで４段階から
成るプロセスを反復する。再び第２図を参照するとディ
バイダ213、ミクサ215、および217、およびコンバイナ2
19の直交位相誤差の総計を移相器221および223を調整し
て最小にする。変調入力をグラウンドしたときに信号源
229および231を調整してRF出力を最小になるようにして
キャリア漏れを最小にする。ＱおよびＩ変調信号の振幅
のバランスを生じたRF出力振幅が等しくなるまで減衰器
225および227を調整してとる。最後にDC信号源235およ
び237が発生するRF出力振幅のバランスがとれるまで、D
C信号源235および237からの直交校正信号を調整する。
さらに、変化が見られなくなるまでこの一連の調整を反
復する。

本校正手順の重要な点は測定がRF出力を最小にするかあ
るいは２個の測定の振幅を等しくするかのどちらかでよ
いことである。ゆえに、RF検出器を正確に校正する必要
がない。

直交位相誤差を測定するためにスイッチ241および243を
『ｂ』に切り換え、DC信号源235をＱチャンネル用のミ
クサ217に接続し、DC信号源237をＩチャンネル用ミクサ
215に接続する。信号源235、および237は正の値、ある
いは負の値を持ったDC基準信号を供給する。信号源235
はＱチャンネル用基準信号QC＋およびQC−を供給する。
QC＋およびQC−は振幅が同じで極性が反対である。信号
源237はＩチャンネル用基準信号IC＋およびIC−を供給
する。IC＋およびIC−は振幅が等しく、極性は逆であ
る。検出器220は基準信号の４つの組み合わせ（IC＋,QC
＋）、（IC＋,QC−）、（IC−QC＋）および（Ｉ−,QC
−）に対するRF出力信号の振幅を測定する。次に移相器
221および223を調整し、（QC＋,IC＋）および（QC−,IC
−）の組み合わせによって形成されるRF出力振幅の合計
が（QC＋,IC−）および（QC−,IC＋）によって形成され
るRF出力振幅の合計に等しくなるようにする。たとえ
ば、もし、（QC＋,IC＋）および（QC−,IC−）の組み合
わせによって生じたRF出力振幅の合計の方が大きけれ
ば、移相器221によって導入される位相遅延を減少せね
ばならない（第3B図参照）。探索手順が後に続き、４個
の出力信号の振幅を反復して測定し、バランスのとれた
状態に到達するまで移相器を調整する。この操作が完了
するとスイッチ241および243を『ａ』に戻す。

校正手順の次の段階はキャリア漏れのレベルを減少する
ことである。これを為すためにスイッチ245および247を
『ａ』に切り換え、変調入力ラインをグラウンドに接続
する。検出器220でRF出力信号の振幅を測定しながらDC
信号源229を調整してRF出力信号の振幅を最小にする。
前述のDC信号源はキャリア漏れ補償信号Q_CLOを生ずる。
これによりキャリア漏れのＱ成分を最小にする。同様
に、キャリア漏れ補償信号I_CLOを生ずるDC信号源231を
調整してRF出力信号の振幅を最小にする。これによりキ
ャリア漏れのＩ成分を最小にする。ステップを行った
後、スイッチ245および247を『ｂ』に切り換え、変調入
力を入力ラインに再び接続する。

RF出力信号の最小点の精度は検出器の感度によって制限
される。第４図はRF出力最小点の測定を表わし、測定し
た応答曲線403（実線）を示す。最小信号レベルVoは検
出器のバックグラウンドノイズによる感度限界Vn以下で
あるので測定したRF応答曲線の一部404は最小値付近のQ
_CLOおよびI_CLOの範囲では平たんになる。最小点407付近
の真の応答曲線405（破線）は直接測定できない。最小
点の近似値をよりよく定めるには感度限界より上の２点
間を補間する。これは応答曲線は最小点付近で対称であ
るという仮定に基づく。第１に補償信号のレベルを変化
し、曲線403上でその傾きが測定可能な領域において、
最小領域404の下の点たとえば点409を選択する。点409
ではRF出力はV1であり、補償信号レベルはQ1である。次
に第２点を最少領域より上でRF出力が同じくV1である
点、例えば点411、を定める。補償信号レベルはQ2であ
る。次に最後の補償信号をQ1およびQ2の中間Q3にセット
し、点407に最小RF出力Voを生ずる。

次の段階はＩおよびＱ変調信号の振幅のバランスをとる
ことであり、ＩおよびＱ変調入力の減衰器を調整するこ
とにより為される。スイッチ245を『Ｃ』に切り換え、
Ｑチャンネルミクサ217にDC信号源を接続し、スイッチ2
47を『ａ』に切り換え、Ｉチャンネルミクサ215への入
力をグラウンドする。DC信号源は基準信号を生じ、検出
器220は合成RF出力信号、すなわち、Ｑ変調信号の振幅
を測定する。次にスイッチ245を『ａ』に切り換え、Ｑ
入力グラウンドし、スイッチ247を『Ｃ』に切り換え、
信号源239からの校正信号をＩ入力に接続し、検出器220
は第２の振幅測定を行なう。振幅の大きい方のチャンネ
ルの可変減衰器を調整し、他のチャンネルの振幅にまで
振幅を減少する。測定した振幅が等しくなるまで振幅測
定を反復する。このステップを完了するとスイッチ245
および247を『ｂ』に戻し、変調入力を再び接続する。

次にDC信号源235および237からの直交位相校正信号の振
幅を調整する。スイッチ241を『ｂ』にスイッチ243を
『ａ』に、スイッチ247を『ａ』に切り換える。検出器2
20は校正信号の極性を正および負にして出力信号の振幅
を測定する。出力信号振幅が等しくなるまで信号源235
用校正信号振幅を調整する。次にスイッチ243を『ｂ』
に、スイッチ241を『ａ』に、スイッチ245を『ａ』に切
り換える。再び、検出器220により校正信号の極性を正
および負にして出力信号の振幅を測定する。出力信号振
幅が互いに等しく、かつ、信号源235の信号振幅に等し
くなるまで信号源237用校正信号の振幅を調整する。

この４段階の手順をいかなる変化も見られなくなるまで
順番に反復する。すなわち、直交位相誤差を減少させ、
キャリア漏れを減少させ、変調信号の振幅のバランスを
とり、直交位相校正信号のバランスをとるという４段階
である。

誤差は互いに依存しているのでくり返すことが重要であ
る。よく設計された変調器において、誤差は小さく、校
正手順は非常に速く、２〜３サイクルで収斂する。

校正は好適実施例で用いた２個の移相器および２個の減
衰器よりむしろたった１個の移相器および１個の可変減
衰器で実行できることが特記される。また、RF出力信号
はそれが検出器220に印加される前に変換された周波数
である。

校正手順のステップは手動で、あるいは自動でできる。
もし、校正システムを自己校正のためベクトル変調器に
組み入れれば自動化の手掛りが提起される。システムを
自動化するには特定の装置を電子的に制御可能なものに
しなければならない。これらは移相器221、223、可変減
衰器225、227、DC信号源235、237、229および231、スイ
ッチ241、243、245、および247である。マイクロプロセ
ッサを用いて自動化し、これらの装置を制御し、検出器
220からのデータを測定し、既知の技術で校正手順を実
現する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を用いることにより、ベク
トル変調器校正用として、校正精度がより高く、コンパ
クトで、安価で、組み込み可能で、校正操作の簡単な校
正システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はベクトル変調器の概略ブロック図、第２図は本
発明の一実施例の校正システムを含むベクトル変調器の
概略ブロック図、第3A図〜第3C図は本発明のベクトル変
調器の動作、理論及び校正技法を示す図であって、第3A
図は適切な動作を示す図、第3B図はＩ及びＱチャンネル
が正確に直交していない時の動作を示す図、第3C図はＩ
及びＱチャンネルは直交しているがバランスしていない
時の動作を示す図である。第４図はキャリア漏れ補償時
のRF出力の応答を示す図である。 211:局部発振器、213:パワースプリッタ 215,217:ミクサ、219:電力コンバイナ 220:検出器、221,223:移相器 225,227:可変減衰器 229,231,235,237,239:DC信号源 241,243,245,247:スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】RF信号源と、該信号源に接続されたパワー
スプリッタと、該パワースプリッタの同相出力に接続さ
れた第１移相器と、該第１移相器に接続されたＩミクサ
と、前記パワースプリッタの直交出力に接続された第２
移相器と、該第２移相器に接続されたＱミクサと、前記
Ｉ、Ｑミクサの出力を合成する電力コンバイナと、該電
力コンバイナからの合成RF出力信号の振幅を測定するス
カラRF検出器とを備えたベクトル変調器の校正方法であ
って、直交位相誤差を最小限にするステップ（ａ）と、キャリア漏れを最小限にするステップ（ｂ）と、変調された信号の振幅を平衡させるステップ（ｃ）と、正の直交DC基準信号（Qc＋）と、負の直交DC基準信号
（Qc−）と、正の同相DC基準信号（Ic＋）と、負の同相
DC基準信号（Ic−）とを備え、直交校正信号の振幅を平
衡させるステップ（ｄ）と、を備えて成るベクトル変調器校正方法。
【請求項２】前記ステップ（ａ）が、前記Qc＋、Qc−と
前記Ic＋、Ic−との組合わせを前記ＩおよびＱミクサに
変調信号の代わりに接続し、前記基準信号の４つの組合
わせの各々に対しRF出力振幅を測定し、前記パワースプ
リッタと前記ミクサとの間に挿入された移相器を調整し
て、前記（Qc＋、Ic＋）と（Qc−、Ic−）との組合わせ
によって発生されたRF出力振幅の総和が、前記（Qc＋、
Ic−）と（Qc−、Ic＋）との組合わせによって発生され
たRF出力振幅の総和に等しくなるようにすることにより
実行され、前記ステップ（ｂ）が、キャリア漏れ補償信号源を前記
ＩおよびＱミクサに前記変調入力を接地した状態で接続
し、前記RF出力振幅を測定し、前記キャリア漏れ補償信
号源を調整してRF出力振幅を最小限にすることにより実
行され、前記ステップ（ｃ）が、前記RF出力振幅を測定しつつ、
前記ＩおよびＱミクサへの変調入力を交互に接地し、該
変調信号入力とミクサとの間に接続された減衰器を前記
発生されたRF出力振幅が等しくなるまで調整することに
より実行され、前記ステップ（ｄ）が、前記Qc＋およびQc−信号を前記
Ｑミクサに、前記Ｉミクサに同相変調信号を接続した状
態で交互に印加し、前記RF出力振幅を測定し、前記Qc＋
またはQc−信号の振幅を、それらが発生する出力振幅が
等しくなるまで調整し、前記Ic＋およびIc−信号を前記
Ｉミクサに、前記Ｑミクサに直交変調信号が接続された
状態で交互に印加し、前記RF出力振幅を測定し、前記Ic
＋またはIc−信号の振幅を、それらが発生する出力振幅
が、前記Qc＋およびQc−信号によって発生された出力振
幅に等しくなるまで調整することにより実行される、ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のベク
トル変調器校正方法。