一种超宽带高稳定性IQ调制器电路及调制方法与流程

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种超宽带高稳定性iq调制器电路，还涉及一种超宽带高稳定性iq调制方法。

背景技术：

iq调制器广泛应用于雷达、通信、测量领域，矢量调制误差(evm)是衡量iq调制信号质量一个重要指标，该指标主要由正交误差指标和增益平衡指标决定，降低正交误差来获得高质量iq调制信号是iq调制技术中的难点，正交误差受三个方面的影响：90°移相器精度、通道相位一致性、相位温度漂移。

在雷达、通信等窄带应用中，可以实现高精度的90°移相、较高的通道相位一致性、以及相位温度漂移的补偿，获得低矢量调制误差的调制信号，但在测量领域，尤其是面向多场景应用的超宽带(带宽达到6-7倍频程甚至更高)通用型矢量信号发生器，对于带宽和矢量调制误差有着更高的要求，但目前受限于宽带90°移相器精度和相位温度漂移控制技术，在宽带和高稳定性的应用场景下，难以实现较低的正交误差以及和正交误差的温度漂移，而导致iq调制信号质量大大下降。

如图1所示，iq调制器现有技术方案一般包含输入放大单元、90°移相器、通道放大单元、混频单元、输出放大单元、输出巴伦，其中90°移相器多采用lange耦合器实现，其工作流程如下：载波信号从in端口输入，经输入放大单元放大后，信号分为两个通路，经过90°移相器，使两路信号相位相差90°，两路信号分别经过通道放大单元放大，与基带信号i、基带信号q混频，混频后信号经过输出放大单元放大，由输出巴伦将两个通道信号合路输出iq调制信号。

由于lange耦合器仅在中心频率移相可以精确达到90°移相，其余频率存在移相误差，lange耦合器为无源的固定结构，两个输出端口的90°相位差没有可以调节的手段，通道相位一致性只能通过加工或装配精度保证，对于正交误差温漂问题也没有可以控制的手段，难以实现较低正交误差和解决正交误差温漂问题，因此无法产生高质量的iq调制信号。

iq调制器现有技术方案存在以下问题：

(1)采用lange耦合器作为90°移相器，带宽越宽，指数越多，电路尺寸越大，不利于单片集成；

(2)lange耦合器作为90°移相器，宽带应用下移相精度差，仅在中心频率能够实现精确的90，偏离中心频率，移相精度下降，偏离中心频率范围越大，移相误差越大；

(3)正交误差随环境温度发生漂移，现有技术无法进行调节控制，矢量调制信号质量下降，温度稳定性下降；

(4)通道一致性只能靠加工或装配保证，对工艺要求高，且没有有效的补偿手段。

技术实现要素：

为解决现有的宽带iq调制器正交误差大以及正交误差的温度漂移问题，本发明提出了一种超宽带高稳定性iq调制器电路及调制方法，从而降低矢量调制误差，改善调制信号质量。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种超宽带高稳定性iq调制器电路，包括：输入放大单元、由r-c网络以及c-r网络组成的宽带90°移相单元、通道放大单元、耦合检波单元、混频单元、输出放大单元、输出宽带巴伦、检波电压积分单元；

载波信号首先由in端口输入，经输入放大单元后分为两路信号，一路信号经过通道1的r-c网络，另一路信号经过通道2的c-r网络，至此载波信号在由r-c网络以及c-r网络构成的90°移相器分为两路相位相差90°的信号，通道1与通道2信号分别经由通道放大单元放大，分别与基带信号i与基带信号q在混频单元混频后经输出放大单元放大，通过输出宽带巴伦合路输出iq调制信号。

可选地，所述r-c网络和c-r网络中的两个网络电容c1、c2为固定值且c1＝c2，两个网络中的r为场效应管实现的可调电阻且管芯相同，通过控制场效应管栅极电压改变源极到漏极间的电阻值，r-c网络中的电阻r为r1，c-r网络中的电阻r为r2，r1由电压vci控制，r2由电压vcq控制。

可选地，通道1和通道2信号在通道放大单元放大时，部分信号耦合至耦合检波单元，分别输出反应通道1和通道2信号功率大小的检波电压vdi以及vdq；通道1检波电压vdi反馈至检波电压积分单元的同相输入端，通道2检波电压反馈至检波电压积分单元的反相输入端口，检波电压积分单元控制电压vc对r1、r2进行调节，此时vc＝vci＝vcq，r1＝r2、c1＝c2，通道1、通道2信号相差90°。

可选地，在检波电压积分单元输出的控制电压vc通路上还引入了校准电压输入单元，引入一个补偿电压δv，使vci与vcq存在一个δv的差别，用于对90°移相器的误差、通道相位一致性的误差进行补偿。

本发明还提出了一种超宽带高稳定性iq调制方法，载波信号首先由in端口输入，经输入放大单元后分为两路信号，一路信号经过通道1的r-c网络，另一路信号经过通道2的c-r网络，至此载波信号在由r-c网络以及c-r网络构成的90°移相器分为两路相位相差90°的信号，通道1与通道2信号分别经由通道放大单元放大，分别与基带信号i与基带信号q在混频单元混频后经输出放大单元放大，通过输出宽带巴伦合路输出iq调制信号。

可选地，所述r-c网络和c-r网络中的两个网络电容c1、c2为固定值且c1＝c2，两个网络中的r为场效应管实现的可调电阻且管芯相同，通过控制场效应管栅极电压改变源极到漏极间的电阻值，r-c网络中的电阻r为r1，c-r网络中的电阻r为r2，r1由电压vci控制，r2由电压vcq控制。

可选地，通道1和通道2信号在通道放大单元放大时，部分信号耦合至耦合检波单元，分别输出反应通道1和通道2信号功率大小的检波电压vdi以及vdq；通道1检波电压vdi反馈至检波电压积分单元的同相输入端，通道2检波电压反馈至检波电压积分单元的反相输入端口，检波电压积分单元控制电压vc对r1、r2进行调节，此时vc＝vci＝vcq，r1＝r2、c1＝c2，通道1、通道2信号相差90°。

可选地，在检波电压积分单元输出的控制电压vc通路上还引入了校准电压输入单元，引入一个补偿电压δv，使vci与vcq存在一个δv的差别，用于对90°移相器的误差、通道相位一致性的误差进行补偿。

本发明的有益效果是：

(1)采用r-c网络、c-r网络实现的宽带90°移相器，电路尺寸小，可以集成于单片集成电路上；

(2)实现了高精度的90°移相，使宽带应用中能够实现较低的正交误差，从而降低矢量调制误差，提高了矢量调制信号质量；

(3)相位自动控制环路可有效降低由温度变化带来的相位漂移，提高iq调制器温度稳定性；

(4)在电路内部引入了校准电压，可以对通道相位一致性进行补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为iq调制器现有技术方案原理框图；

图2为本发明的iq调制器电路原理框图；

图3为r-c网络示意图；

图4为c-r网络示意图；

图5为c-r/r-c网络幅度响应曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在测量领域，尤其是面向多场景应用的超宽带(带宽达到6-7倍频程甚至更高)通用型矢量信号发生器，对于带宽和矢量调制误差有着更高的要求，但目前受限于宽带90°移相器精度和相位温度漂移控制技术，在宽带和高稳定性的应用场景下，难以解决正交误差大和正交误差的温度漂移问题，而导致iq调制信号质量大大下降。

本发明要解决宽带iq调制器正交误差大以及正交误差的温度漂移问题，从而降低矢量调制误差，改善调制信号质量。

如图2所示，本发明提出的一种超宽带高稳定性iq调制器电路包括：输入放大单元2-1、由r-c网络2-2以及c-r网络2-3组成的宽带90°移相单元、通道放大单元2-4、耦合检波单元2-5、混频单元2-6、输出放大单元2-7、输出宽带巴伦2-8、检波电压积分单元2-9、校准电压输入单元2-10。

iq调制器电路工作流程如下：iq调制器对载波信号进行调制产生矢量调制信号时，载波信号首先由in端口输入，经输入放大单元2-1后分为两路信号，一路信号经过通道1的r-c网络2-2，另一路信号经过通道2的c-r网络2-3，至此载波信号在由r-c网络2-2以及c-r网络2-3构成的90°移相器分为两路相位相差90°的信号，通道1与通道2信号分别经由通道放大单元2-4放大，分别与基带信号i与基带信号q在混频单元2-6混频后经输出放大单元2-7放大，通过输出宽带巴伦2-8合路输出iq调制信号。

本发明的宽带高稳定性iq调制器电路，其核心是高精度高稳定性90°移相器，该移相器利用r-c网络和c-r网络幅度和相位的特性，在宽带应用下，实现高精度的90°移相；并且90°移相是由相位自动控制环路根据频率和温度自动控制，同时还可以对通道相位一致性误差进行补偿。

下面对本发明的r-c网络、c-r网络移相原理进行说明。

图3为r-c网络，图4为c-r网络，u1、u2分别为输入输出电压；

设：

ωc＝1/(r*c)

r-c网络、c-r网络u2对u1的转移电压比幅度和角度分别如下：

r-c网络：

c-r网络：

c-r/r-c网络幅度响应曲线如图5所示，当c-r网络和r-c网络中的两个电阻和两个电容分别相等时，其相位差为90°；并且在不同的频率不同温度，有且只有1组电阻值可以使两个网络幅度响应相同。

利用r-c网络和c-r网络幅度和相位的特性，本发明所述的由r-c网络2-2以及c-r网络2-3组成的高精度高稳定性90°移相器，两个网络电容c1、c2为固定值且c1＝c2，两个网络中的r为场效应管实现的可调电阻且管芯相同，通过控制场效应管栅极电压可以改变源极到漏极间的电阻值，r-c网络中的电阻r为r1，c-r网络中的电阻r为r2，r1由电压vci控制，r2由电压vcq控制。

由r-c网络2-2以及c-r网络2-3组成的移相器在iq调制器中工作流程如下：

通道1和通道2信号在通道放大单元2-4放大时，部分信号耦合至耦合检波单元2-5，分别输出反应通道1和通道2信号功率大小的检波电压vdi以及vdq；通道1检波电压vdi反馈至检波电压积分单元2-9的同相输入端，通道2检波电压反馈至检波电压积分单元2-9的反相输入端口，检波电压积分单元2-9针对不同频率不同温度输出不同的控制电压vc对r1、r2进行调节，此时vc＝vci＝vcq，r1＝r2、c1＝c2，理论上确保了通道1、通道2信号相差90°，该自动控制环路避免了频率、温度的干扰，保证了90°移相器的频率带宽和温度稳定性；在检波电压积分单元2-9输出的控制电压vc通路上还引入了校准电压输入单元，引入一个补偿电压δv，使vci与vcq存在一个δv的差别，用于对90°移相器的误差、通道相位一致性的误差进行补偿。最终实现较低的正交误差，降低了矢量调制误差，在较宽频段范围内获得高质量高稳定的iq调制信号。

本发明的超宽带高稳定性iq调制器电路及方法采用r-c网络、c-r网络实现的宽带90°移相器，电路尺寸小，可以集成于单片集成电路上；实现了高精度的90°移相，使宽带应用中能够实现较低的正交误差，从而降低矢量调制误差，提高了矢量调制信号质量；相位自动控制环路可有效降低由温度变化带来的相位漂移，提高iq调制器温度稳定性；在电路内部引入了校准电压，可以对通道相位一致性进行补偿。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。