一种共时双频接收系统的制作方法

一种共时双频接收系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种共时双频接收系统，所述系统包括：双频射频信号产生装置、第一混频器、第二混频器、第一移相器、第二移相器、第一滤波装置、第二滤波装置、四端口环形器和双频本振信号产生装置，其中，第一混频器和第二混频器用于射频信号与本振信号进行混频；第一移相器和第二移相器用于将输入信号的相位改变一个角度；第一滤波装置和第二滤波装置用于对输入信号进行滤波，滤得所需要频率的信号；四端口环形器用于将两个输入的信号相加和相减，进行信号的分离；双频射频信号产生装置用于产生双频射频信号；双频本振信号产生装置用于产生双频本振信号。应用本发明实施例，能够降低共时双频接收系统的成本和体积。
【专利说明】
一种共时双频接收系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及双频接收领域，特别涉及一种共时双频接收系统。
【背景技术】
[0002] 随着信息社会的快速发展，无线移动通信已经渗透于经济发展和社会生活的各个 方面，推动着社会的发展和进步。同时，日益紧张的无线频谱资源、复杂的外界电磁环境以 及为了支持更多业务和更快传输速度的新要求，也是无线通信面临更艰巨的挑战。为了满 足人们日益增长的需求，WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网）提出了多种 标准，多种标准的提出要求同时支持多频段;移动通信终端的制式由3G发展到4G甚至5G，所 需的通信频段也不同，为了使移动通信终端具有更高的灵活性，移动通信终端需要同时支 持不同的频段。在导航方面，GPS(Global Positioning System，全球定位系统）、北斗、伽利 略、格洛纳斯等基于不同频段的四大导航系统各有特点，为了满足不同的需求，需要同时支 持多种导航系统的导航仪器。这些应用与双频接收系统的研究与实现越来越紧密。
[0003] 目前，双频接收系统已经得到了应用，双频接收系统比单频接收系统成本更低、实 用性更强，而共时双频接收系统相较于非共时双频接收系统的工作效率和器件的使用率更 高，共时双频接收系统成为当前研究的热点。现有的混合式共时双频接收系统，经过共用的 天线、低噪放与第一次混频后，使用功分器分为两路信号，两路分别正交解调。一共使用五 个混频器，完成双频的I/Q( In-phase/Quadrature，同向正交)信号分离。
[0004] 但上述混合式共时双频接收系统，需要的混频器比较多，则成本比较高，接收装置 体积比较大。

【发明内容】

[0005] 本发明实施例公开了一种共时双频接收系统，能够降低成本和接收系统的体积。 技术方案如下：
[0006] 所述系统包括:双频射频信号产生装置、第一混频器、第二混频器、第一移相器、第 二移相器、第一滤波装置、第二滤波装置、四端口环形器和双频本振信号产生装置；
[0007] 其中，所述第一混频器将从所述双频射频信号产生装置获得的第一双频射频信号 和从所述双频本振信号产生装置获得的第一双频本振信号混频成第一混频信号，并将所述 第一混频信号输送至所述第一滤波装置；
[0008]所述第一滤波装置将接收的所述第一混频信号进行滤波，并将滤波后得到的第一 滤波信号输送至所述四端口环形器的第一输入端口，将滤波后得到的第二滤波信号输出；
[0009] 所述第一移相器将从所述双频本振信号发生装置获得的第一双频本振信号的相 位进行改变后转换成第二双频本振信号，并将所述第二双频本振信号输送至所述第二混频 器；
[0010] 所述第二混频器将从所述双频射频信号产生装置获得的第一双频射频信号和从 所述第一移相器接收到的第二双频本振信号混频成第二混频信号，并将所述第二混频信号 输送至所述第二滤波装置；
[0011]所述第二滤波装置将接收的所述第二混频信号进行滤波，并将滤波后得到第三滤 波信号输送至所述第二移相器，将滤波后得到的第四滤波信号输出；
[0012] 所述第二移相器将接收到的第三滤波信号的相位进行改变后转换成第五滤波信 号，并将所述第五滤波信号输送至所述四端口环形器的第二输入端口；
[0013] 所述四端口环形器将接收到的所述第一滤波信号和所述第五滤波信号相减得到 的第六滤波信号，将所述第六滤波信号从所述四端口环形器的第一输出端口输出；
[0014] 所述四端口环形器将接收到的所述第一滤波信号和所述第五滤波信号相加得到 的第七滤波信号，将所述第七滤波信号从所述四端口环形器的第二输出端口输出。
[0015] 较佳的，所述双频射频信号产生装置包括两个单频接收天线和第一合路器，所述 第一合路器将分别从所述两个单频接收天线获得的第一单频射频信号和第二单频射频信 号合成为所述第一双频射频信号；
[0016] 或者，所述双频射频信号产生装置包括双频接收天线，所述双频接收天线同时接 收所述第一单频射频信号和所述第二单频射频信号。
[0017] 较佳的，所述双频本振信号产生装置包括第二合路器和两个单频锁相环电路，所 述第二合路器将两个单频锁相环电路分别产生的第一单频本振信号和第二单频本振信号 合成为所述第一双频本振信号；
[0018] 或者，所述双频本振信号产生装置包括双频锁相环电路，所述双频锁相环电路同 时产生所述第一单频本振信号和所述第二单频本振信号。
[0019] 较佳的，所述第一滤波装置为第一双工器;所述第二滤波装置为第二双工器。
[0020] 较佳的，所述第一滤波装置由第一功分器、第一带通滤波器和第一低通滤波器组 成;所述第一滤波装置由第二功分器第二带通滤波器和第二低通滤波器组成；
[0021] 所述第一功分器将接收到的所述第一混频器发送的第一混频信号分为两路混频 信号，并分别输送至所述第一带通滤波器和所述第一低通滤波器；
[0022] 所述第一带通滤波器将接收到的混频信号滤波得到第一滤波信号；
[0023] 所述第一低通滤波器将接收到的混频信号滤波得到第二滤波信号；
[0024] 所述第二功分器将接收到的所述第二混频器发送的第二混频信号分为两路混频 信号，并分别输送至所述第二带通滤波器和所述第二低通滤波器；
[0025]所述第二带通滤波器将接收到的混频信号滤波得到第三滤波信号；
[0026] 所述第二低通滤波器将接收到的混频信号滤波得到第四滤波信号。
[0027] 较佳的，所述第一移相器和所述第二移相器均为f移相器。
[0028] 较佳的，所述第一双频射频信号包括第一单频射频信号和第二单频射频信号;所 述第一双频本振信号包括第一单频本振信号和第二单频本振信号;所述第一单频射频信号 和所述第一单频本振信号的频率相等;所述第一带通滤波器和所述第二带通滤波器均为中 心频率为所述第二单频射频信号和所述第二单频本振信号的频率差值，且带宽为第二单频 射频信号带宽的滤波器。
[0029] 较佳的，所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器的截止频率不小于所述第一 射频信号带宽。
[0030] 由上述技术方案可见，本发明实施例提供一种共时双频接收系统，系统包括双频 射频信号产生装置、第一混频器、第二混频器、第一移相器、第二移相器、第一滤波装置、第 二滤波装置、四端口环形器和双频本振信号产生装置。本发明实施例，相较于现有的混合式 共时双频接收系统，只需两个混频器和一个四端口环形器即可完成I/Q信号分离，使用器件 更少，成本与体积也会相应减少。
[0031] 当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优 点。
【附图说明】
[0032] 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。
[0033] 图1为本发明实施例提供的一种共时双频接收系统的原理示意图；
[0034]图2为本发明实施例应用实例提供的一种共时双频接收系统的仿真图；
[0035]图3为本发明实施例应用实例中第一单频射频信号中的I信号解调前后的波形对 比图；
[0036]图4为本发明实施例应用实例中第一单频射频信号中的Q信号解调前后的波形对 比图；
[0037]图5为本发明实施例应用实例中第一单频射频信号中，I信号解调前后的差值和Q 信号解调前后的差值的波形图；
[0038]图6a为本发明实施例应用实例中第二单频射频信号解调前I信号的波形图；
[0039]图6b为本发明实施例应用实例中第二单频射频信号解调后I信号的波形图；
[0040]图7a为本发明实施例应用实例中第二单频射频信号解调前Q信号的波形图；
[0041]图7b为本发明实施例应用实例中第二单频射频信号解调后Q信号的波形图；
[0042]图8为本发明实施例提供的另一种共时双频接收系统的原理示意图。
【具体实施方式】
[0043]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作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。
[0044]参照图1，本发明实施例提供的一种共时双频接收系统，包括双频射频信号产生装 置101、第一混频器102、第二混频器103、第一移相器104、第二移相器105、第一滤波装置 106、第二滤波装置107、四端口环形器108和双频本振信号产生装置109;
[0045]其中，该第一混频器将从该双频射频信号产生装置101获得的第一双频射频信号 和从该双频本振信号产生装置109获得的第一双频本振信号混频成第一混频信号，并将该 第一混频信号输送至第一滤波装置106;
[0046]该第一滤波装置106将接收的该第一混频信号进行滤波，并将滤波后得到的第一 滤波信号输送至该四端口环形器108的第一输入端口，将滤波后得到的第二滤波信号输出；
[0047] 该第一移相器104将从该双频本振信号发生装置109获得的第一双频本振信号的 相位进行改变后转换成第二双频本振信号，并将该第二双频本振信号输送至该第二混频器 103；
[0048] 该第二混频器103将从该双频射频信号产生装置101获得的第一双频射频信号和 从该第一移相器104接收到的第二双频本振信号混频成第二混频信号，并将该第二混频信 号输送至该第二滤波装置107;
[0049] 该第二滤波装置107将接收的第二混频信号进行滤波，并将滤波后得到第三滤波 信号输送至第二移相器105,将滤波后得到的第四滤波信号输出；
[0050] 该第二移相器105将接收到的第三滤波信号的相位进行改变后转换成第五滤波信 号，并将该第五滤波信号输送至该四端口环形器108的第二输入端口；
[0051] 该四端口环形器108将接收到的该第一滤波信号和该第五滤波信号相减得到的第 六滤波信号，将该第六滤波信号从该四端口环形器108的第一输出端口输出；
[0052]该四端口环形器108将接收到的该第一滤波信号和该第五滤波信号相加得到的第 七滤波信号，将该第七滤波信号从该四端口环形器108的第二输出端口输出。
[0053]需要说明的是，本发明实施例所说的第一双频射频信号的带宽为3dB带宽，3dB带 宽是指是比该峰值功率小3dB(就是峰值的50%)的频谱范围的带宽。
[0054]需要说明的是，本发明实施例所提供的"第一混频器102"中的"第一"和"第二混频 器103"中的"第二"仅仅为了从命名上区分两个混频器，并不具有任何限定意义；同理，"第 一滤波装置106"中的"第一"和"第二滤波装置107"中的"第二"仅仅为了从命名上区分两个 滤波装置，并不具有任何限定意义；同理，"第一移相器104"中的"第一"和"第二移相器105" 中的"第二"仅仅为了从命名上区分两个移相器，并不具有任何限定意义。
[0055]需要说明的是，本发明实施例提供的第一混频器102、第二混频器103与第一移相 器104三者结合即为正交混频器，正交混频器是将输入的射频信号变换成两路振幅相等、相 位正交的中频或零频信号。混频器是非线性电路的一种，能够将输入的射频信号和本振信 号混合成特定频率的输出信号，特定频率等于两个输入信号的频率之和、差或为两者其他 组合。
[0056]可以理解的是，四端口环形器108在本发明实施例中是有两个输入端和两个输出 端的器件，能够使信号只能在规定端口进行输入和输出，在本发明实施例中，当信号的传输 方向确定，环形器的输入端口和输出端口也随之确定，假设四端口环形器108的四个端口分 别为A、B、C、D，环绕方向为A-B-C-D，则四端口环形器108的输入端口为端口 A和C，输出端 口为端口 B和D。本发明实施例中的四端口环形器108内部可以实现两个输入信号的相加和 相减，并从第一输出端口输出两个信号相加的结果，从第二输出端口输出两个信号相减的 结果。本发明实施例中的"第一输入端口"中的"第一"和"第二输入端口"中的"第二"仅仅从 命名上区分两个输入端□，并不具有任何限定意义；同理"第一输出端口"中的"第一"和"第 二输出端口"中的"第二"仅仅从命名上区分两个输出端口，并不具有任何限定意义。
[0057]在一种实现方式中，该双频射频信号产生装置101包括两个单频接收天线和第一 合路器，第一合路器将分别从两个单频接收天线获得的第一单频射频信号和第二单频射频 信号合成为第一双频射频信号；
[0058] 或者，双频射频信号产生装置101包括双频接收天线，双频接收天线同时接述第一 单频射频信号和第二单频射频信号。
[0059] 本发明实施例中的第一混频器102和第二混频器103输入的射频信号均为双频射 频信号，单频接收天线的信号是单频射频信号，所以还需要第一合路器，将两个单频射频信 号合成双频射频信号，双频接收天线同时接收第一单频射频信号和第二单频射频信号，接 收到的是双频信号，则双频射频信号产生装置101不需要第一合路器将信号合成，而是直接 将第一双频射频信号输送至第一混频器102和第二混频器103。
[0060] 在一种实现方式中，该双频本振信号产生装置109包括第二合路器和两个单频锁 相环电路，该第二合路器将两个单频锁相环电路分别产生的第一单频本振信号和第二单频 本振信号合成为该第一双频本振信号。
[0061] 或者，双频本振信号产生装置109包括双频锁相环电路，双频锁相环电路同时产生 第一单频本振信号和第二单频本振信号。
[0062] 锁相环电路产生混频需要的本振信号，锁相环电路产生的本振信号可以是单频本 振信号也可以是双频本振信号，锁相环电路为单频锁相环电路，锁相环电路产生的是单频 本振信号，则需将第一单频本振信号和第二单频本振信号通过第二合路器合成为第一双频 本振信号;锁相环电路为双频锁相环电路，锁相环电路产生的是双频本振信号，则不需要第 二合路器将信号合成，而是直接将双频本振信号输送至混频器的本振端口。
[0063] 在本发明实施例中，第一滤波装置106为第一双工器，第一双工器内部特性为第一 带通滤波器和第一低通滤波器;第二滤波装置107为第二双工器，第二双工器内部特性为第 二带通滤波器和第二低通滤波器。
[0064] 在实际应用中，该第一带通滤波器将接收到的该第一混频信号滤波得到第一滤波 信号；
[0065] 该第一低通滤波器将接收到的该第一混频信号滤波得到第二滤波信号；
[0066]该第二带通滤波器将接收到的该第二混频信号滤波得到第三滤波信号；
[0067]该第二低通滤波器将接收到的该第二混频信号滤波得到第四滤波信号。
[0068]需要说明的是，第一带通滤波器和第二带通滤波器的带宽都是ldB带宽，保证了所 需信号都能以较少的损耗通过第一带通滤波器或第二带通滤波器。ldB带宽(BWldB)表征了 带通滤波器通带带宽参数，BWldB = f2-fl，其中，Π为以中心频率f0处插入损耗为基准，下 降ldB处对应的左频点，f 2为以中心频率f0处插入损耗为基准，下降ldB处对应的右频点。
[0069] 在本发明实施例中，该第一移相器104和该第二移相器105均为丨移相器。
[0070] 移相器能够将信号的相位移动一个角度，y移相器能将输入信号的相位改变90°。 第一移相器104能够使双频本振信号的相位改变90°后，再接入第二混频器103的本振输入 端口，与第一混频器102-起完成正交混频;第二移相器105将第三滤波信号相位改变90°后 得到第五滤波信号，而第五滤波信号和第一滤波信号输入四端口环形器108后可以分离出 带有载波的第二单频射频信号的I信号和Q信号。
[0071 ]在本发明实施例中，该第一双频射频信号包括第一单频射频信号和第二单频射频 信号;该第一双频本振信号包括第一单频本振信号和第二单频本振信号;该第一路单频射 频信号和该第一单频本振信号的频率相等;该第一带通滤波器和该第二带通滤波器均为中 心频率为该第二单频射频信号和该第二单频本振信号的频率差值，且带宽为第二单频射频 信号带宽的滤波器。
[0072] 第一路单频射频信号和第一单频本振信号的频率相等，保证了第一双频射频信号 和第一双频本振信号将第一混频器102混频后，在第一混频信号中包括零中频的I信号，第 一混频信号经第一低通滤波器之后可以直接得到零中频的I信号。第一带通滤波器和第二 带通滤波器保证第一混频信号和第二混频信号特定的频率信号通过带通滤波器，这里所说 的特定的频率等于第二单频射频信号和该第二单频本振信号的频率差值。
[0073] 在本发明实施例中，第一低通滤波器和该第二低通滤波器的截止频率不小于第一 射频信号带宽的。
[0074] 截止频率不小于第一射频信号带宽的的第一低通滤波器和第二低通滤波器能够 直接分离出零中频的信号。需要说明的是，在实际应用中，截止频率最佳的范围为第一射频 信号带宽的120%~150%，而且，截止频率不大于两倍的第一射频信号带宽。
[0075] 下面结合各器件的功能对本发明实施例实现过程进行详细说明。
[0076] 假设第一双频射频信号为VrfzAKOcoM ω lt)+A2(t)C〇S( ω 2t)，其中，AKt)是第 一单频射频信号的振幅，ω:是第一单频射频信号的角频率，A2(t)是第二单频射频信号的振 幅，ω 2是第二单频射频彳目号的角频率。彳目号的振幅可以表不为:Ak(t) = Vlink(t)+V〇ink(t)，k e(l，2)，VIink⑴是调制时的余弦函数，VQink⑴是调制时的同频正弦函数。又假设第一双频 本振信号为Vl〇 = COS( C〇LOlt)+COS( C〇LQ2t)，其中，是第一单频本振信号的角频率，ω L02 是第二单频本振信号的角频率。角频率可以通过频率换算而得，换算公式为ιω,ιΖπΧΑ， 心为第一单频射频信号的频率，f 2为第一单频射频信号的频率，funS第一单频本振信号的 频率为，红〇2为第二单频本振信号的频率。
[0077] 第一双频射频信号VRF与第一双频本振信号VLQ通过第一混频器102后可以得到第 一混频信号，第一混频信号可以通过以下计算公式得到：
[0079] 假设Max[ ω 1_ ω lqi，ω 2- ω L02]〈Min[ ω 1_ ω l02，ω 2_ ω LQ1]，ω ifi= ω 1_ ω lqi = 〇，
ωΙΡ2为第二单频射频信号和第二单频本振信号的角频率差值， 第一单频射频信号的带宽，BW2第一单频射频信号的带宽。
[0080] 第一混频信号经过截止频率不小于BWi的第一低通滤波器得到第二滤波信号后直 接输出，该第二滤波信号可以表示为：
[0082]第二滤波信号为分离出来的零中频的I信号。
[0083]第一混频信号通过中心角频率为fIF2带宽为BW2的第一带通滤波器得到第一滤波 信号，第一滤波信号被输送至四端口环形器1 〇 8的第一输入端口，第一滤波信号可以表不 为：
[0085] 第一双频本振信号为VLQ = cos( coLQ1t)+cos( coLQ2t)，经过第一移相器104后转换为第二双频本振信号fu)，第二双频本振信号可以表示为：
[0087] 第一双频射频信号VRF与二双频本振信号ν\ο经第二混频器103混频后得到第二混 频信号，第二混频信号可以表示为：
[0089]第二混频信号经过截止频率不小于第二低通滤波器得到第四滤波信号，第 四滤波信号为零中频的Q信号，第四滤波信号可以表示为：
[0091]第二混频信号通过中心频率为fIF2且带宽为BW2的第二带通滤波器后得到第三滤 波信号疒IF2(t)，第三滤波信号V' IF2(t)可以表不为：
[0093]第三滤波信号V^Fdt)经过第二移相器105后，得到第五滤波信号V〃IF2(t)，第五滤 波信号V〃IF2(t)可以表不为：
[0095]第五滤波信号被输送至四端口环形器108的第二输入端口，第一滤波信号ViF2(t) 与第五滤波信号V〃IF2(t)通过四端口环形器108,在四端口环形器108的第二输出端口得到 第六滤波信号Vlmjt2,该第六滤波信号ν?Μ2为角频率为ω ΙΡ2的I信号，第六滤波信号ν?Μ2可 以表示为：
[0096] = =
[0097] 第一滤波信号VIF2(t)与第五滤波信号V〃IF2(t)通过四端口环形器108,在四端口环 形器108的第一输出端口得到第七滤波信号V〇c)Ut2,该第七滤波信号V〇mjt2为角频率为ω IF2的 Q信号，第七滤波信号VQmjt2可以表不为：
[0098] = = ω n?2t) 〇
[0099] 根据上述实现过程结合具体的应用实例，对本发明实施例所提供的一种共时双频 接收系统进行详细说明。
[0100] 图2是本发明实施例应用实例的ADS仿真图，ADS(Advanced Design System)是先 进设计系统。第一双频射频信号为两个不同中心频率的16 QAM的射频信号，QAM是英文 Quadrature Amplitude Modulation的缩略语简称，意为正交幅度调制，是一种在两个正交 载波上进行幅度调制的调制方式，16QAM是指包含16种符号的QAM调制方式。第一双频射频 信号为:^%'=[1土111(1：)+(^111(1：)](308(〇11：) + []^112(1：)+(^112(1：)](308(〇21：)，其中，八1{(1：)='\^成 (t )+VQink( t)，k e (1，2)，ω i是第一单频射频信号的角频率，ω 2是第二单频射频信号的角频 率。第一单频射频信号的频率为:f 1 = 2. OGHz，第二单频射频信号的频率为:f 2 = 2.6GHz，在 本应用实例中，第一双频本振信号的振幅均为2，第一双频本振信号为:Vu] = 2 X cos( ω wit) +2 X cos ( ω )，第一单频射频信号的带宽为:BWi = 50MHz，第二单频射频信号的带宽为： BW2 = 60MHz;第一单频本振信号的频率为f LQ1 = 2.0GHz，第二单频本振信号的频率为:fL02 = 2.46他；四端口环形器108的参数为：频率？ = 2001他（兆赫），阻值2〇 = 50011111(欧姆）。￥1。叶1 (t)、Vicmt2 (t)、VQ?tl (t)和VQcmt2 (t)输出端 口的阻值均为Z = 500hm。
[0101] 第一双频射频信号VRF与第一双频本振信号VLQ通过第一混频器102后可以得到第 一混频信号，第一混频信号可以通过以下计算公式得到：
[0102] Vrf*Vlo = 2X [Ai(t)cos( ω it)+A2(t)cos( 02t)]*[cos( 0L0it)+cos( 0L02t)
[0103] =Al(t)[C0S( C0it_C0LOlt)+COS( C0it+C0LOlt)+COS( C0it_C0L02t)+COS( ωι?+ω L02t)]
[0104] +A2(t) [C0S( C02t_C0LOlt)+COS( C02t+C0LOlt)+COS( C02t_C0L02t)+COS( ω2?+ω L02t)]；
[0105] 代入数值得：
[0106] VRF*VLQ = Ai(t) [cos(23T*0*t)+cos(23T*4.0 X 109*t)+cos(23T*0 ·4 X 109*t)+cos(2 3T*4.4X109*t)]
[0107] +A2(t)[cos(23i*0.6X109*t)+cos(23i*4.6X10 9*t)+cos(23T*0.2X109*t)+cos(2 31*5.0 X109*t)]。
[0108] 第一混频信号经过截止频率为60MHz的第一低通滤波器得到第二滤波信号后直接 输出，该第二滤波信号为：
[0109] Vlmjtl(t) = Al(t)COS(2JT*〇*t) = [VlinlCOS(23T*0*t)+VQinlsin(23T*0*t) ] = Vlinl。
[0110] 第一混频信号通过中心频率为fiF2 = 200MHz且带宽为BW2 = 60MHz的第一带通滤波 器得到第一滤波信号，第一滤波信号被输送至四端口环形器108的第一输入端口，第一滤波 信号为：
[0111] ViF2 (t) = A2(t) cos (231*0.2 X 109*t) = [Viin2cos (231*0.2 X 109*t) +VQin2Sin(2π*0.2 X109*t)]〇
[0112] 第一双频本振信号为Vlq = 2 X cos( ωLQ1t)+2 X cos( ωLQ2t)，经过第一移相器104后 转换为第二双频本振信号ω，第一移相器104为移相器，第二双频本振信号为：
[0114] 第一双频射频信号Vrf与第二双频本振信号V\Q经第二混频器103混频后得到第二 混频信号，第二混频信号为：
[0115] Vrf^V7 lo = 2 X [Ai(t)cos( ω it)+A2(t)cos( ω 2t)]^[sin( 0L0it)+sin( 0L02t)
[0116] =Ai( t) [sin( ω it - ω L0it )+sin( ω it+ ω L0it )+sin( ω it - ω L02t )+sin( ω it + ω L02t)]
[0117] +A2(t)[sin( c02t_c0L0it)+sin( c02t+c0L0it) + sin( c02t_c0L02t)+sin( c02t+co L02t)]；
[0118] 代入数值得：
[0119] VRF*V/L〇 = Ai(t)[sin(23i*0*t)+sin(23i*4.0X109*t)+sin(23T*0.4X10 9*t)+sin(2 Ji*4.4X109*t)]
[0120] +A2(t)[sin(23i*0.6X109*t)+sin(23i*4.6X10 9*t)+sin(23T*0.2X109*t)+sin(2 31*5.0 X109*t)]。
[0121] 第二混频信号经过截止频率为60MHz的第二低通滤波器得到第四滤波信号，第四 滤波信号为零中频的Q信号，第四滤波信号为：
[01 22] VQmjtl(t) = Al(t)sin(2JT*0*t) = [VlinlCOS(23T*0*t)+VQinlsin(23T*0*t) ] = VQinl。
[0123] 第二混频信号通过中心频率为fiF2 = 200MHz且带宽为BW2 = 60MHz的第二带通滤波 器得到第三滤波信号，第三滤波信号被输送至四端口环形器108的第二输入端口，第三滤波 信号为：
[0124] V/iF2(t)=A2(t)sin(23i*0.2X109*t) = [Viin2sin(23T*0.2X109*t)+VQin2C0s(23T* 0.2X109*t)]〇
[0125] 第三滤波信号V、F2(t)经过第二移相器105后，第二移相器105为移相器，得到 第五滤波信号V〃 IF2 ( t)，第五滤波信号V〃 IF2 ( t)为：
[0127] 第五滤波信号被输送至四端口环形器108的第二输送端口，第一滤波信号ViF2(t) 与第五滤波信号V〃IF2(t)通过四端口环形器108,在四端口环形器108的第二输出端口得到 第六滤波信号Vlmjt2 ( t )，该第六滤波信号ν?Μ2 ( t )为角频率为ω IF2的I信号，第六滤波信号 Vl〇Ut2(t)为：
[0128] VIout2 (t) = VlF2 (t ) +V〃 IF2 (t ) = 2 X Vlin2COS ( 231*0 · 2 X 109*t) 〇
[0129] 第一滤波信号VIF2(t)与第五滤波信号V〃IF2(t)通过四端口环形器108,在四端口环 形器108的第一输出端口得到第七滤波信号V Qciut2(t)，该第七滤波信号VQciut2(t)为角频率为 ω IF2的Q信号，第七滤波信号ν〇〇ιι?2 (t )为：
[0130] VQout2 (t) = ViF2 (t)-v〃 IF2 (t) = 2 X VQin2sin(231氺〇. 2 X 109氺t) 〇
[0131] 图3为中心频率为^ = 2.06?的第一单频射频信号其解调前I信号VIinl(t)与解调 后I信号Vimjti(t)对比图。在图中，纵坐标为幅度，单位为V(伏特)横坐标为时间，单位为usee (微秒）。因为解调要经过混频和滤波等过程，所以解调后VIciutl(t)信号在时间上有一定的延 迟，为了便于对比，对解调后V Iciutl(t)信号进行了平移。解调后的图形与解调前原始图形基 本吻合，共时双频接收系统结构合理，可以满足接收机系统要求。
[0132] 图4为中心频率为^ = 2.06?的射频信号其解调前Q信号VQinl(t)与解调后Q信号 VQQUtl(t)对比图。因为解调要经过混频和滤波等过程，所以解调后VQciutl(t)信号在时间上有 一定的延迟，为了便于对比，对解调后v Qciutl(t)信号进行了平移。解调后的图形与解调前原 始图形的相位相差I图形形状基本吻合，共时双频接收系统结构合理，可以满足接收机系 统要求。
[0133] 图5显示了中心频率为^ = 2.06?的第一单频射频信号，其解调前I信号与解调后 Ι?目号之差Δ Vii(t)，及解调前目号与解调后Q彳目号之差Δ V〇i(t)，其中Δ Vii(t) =Vi?ti(t)- Vlinl(t)，Δ VQ1(t) =VQmjtl(t)-VQinl(t)。可以更清晰的看到，Δ Vn(t)和 Δ VQ1(t)的变化范围 很小，在VIintl (t)和VQinl (t)变化范围的1 ο %以下。
[0134] 图6a为中心频率为f2 = 2.6GHz的第二单频射频信号的解调前I信号，图6b为中心 频率为f2 = 2.6GHz的第二单频射频信号的解调后I信号。解调后的信号是在200MHz的载波 上的，即图6b是图6a在200MHz的载波上的图形。对比可得，图形基本吻合，共时双频接收系 统结构合理，可以满足接收机系统要求。
[0135] 图7a为中心频率为f2 = 2.6GHz的第二单频射频信号的解调前Q信号，图7b为中心 频率为f2 = 2.6GHz的第二单频射频信号的解调后Q信号。解调后的信号是在200MHz的载波 上的，即图7b是图7a在200MHz的载波上的图形。对比可得，图形基本吻合，共时双频接收系 统结构合理，可以满足接收机系统要求。
[0136] 应用本发明实施例，相较于现有的混合式共时双频接收系统，只需两个混频器和 一个环形器不仅能完成零中频的I/Q信号分离，而且能完成中频的I/Q信号分离，使用器件 更少，成本与体积也会相应减少。
[0137] 参照图8,本发明实施例还提供了一种共时双频接收系统，包括双频射频信号产生 装置801、第一混频器802、第二混频器803、第一移相器804、第二移相器805、第一功分器 806、第二功分器807、第一低通滤波器808、第二低通滤波器809、第一带通滤波器810、第二 带通滤波器811、四端口环形器812和双频本振信号产生装置813;
[0138] 其中，该第一混频器802将从双频射频信号产生装置801获得的第一双频射频信号 和从该双频本振信号产生装置813获得的第一双频本振信号混频成第一混频信号，并将该 第一混频信号输送至该第一功分器806;
[0139] 该第一功分器806将从第一混频器802发送的接收到的第一混频信号分为两路混 频信号，并分别输送至该第一带通滤波器810和该第一低通滤波器808;
[0140]该第一带通滤波器810将接收到的混频信号滤波得到第一滤波信号，并将滤波后 得到的第一滤波信号输送至该四端口环形器812的第一输入端口；
[0141]该第一低通滤波器808将接收到的混频信号滤波得到第二滤波信号，并将滤波后 得到的第二滤波信号输出；
[0142] 该第一移相器804将从该双频本振信号发生装置813获得的第一双频本振信号的 相位进行改变后转换成第二双频本振信号，并将该第二双频本振信号输送至该第二混频器 803；
[0143] 该第二混频器803将从该双频射频信号产生装置801获得的第一双频射频信号和 从该第一移相器804接收到的第二双频本振信号混频成第二混频信号，并将该第二混频信 号输送至该第二功分器807;
[0144] 该第二功分器807将该第二混频器803发送的接收到的第二混频信号分为两路混 频信号，并分别输送至该第二带通滤波器811和该第二低通滤波器809;
[0145] 该第二带通滤波器811将接收到的混频信号滤波得到第三滤波信号，并将滤波后 得到第三滤波信号输送至该第二移相器805;
[0146] 该第二低通滤波器809将接收到的混频信号滤波得到第四滤波信号，并将滤波后 得到的第四滤波信号输出；
[0147] 该第二移相器805将接收到的第三滤波信号的相位进行改变后转换成第五滤波信 号，并将该第五滤波信号输送至该四端口环形器812的第二输入端口；
[0148] 该四端口环形器812将接收到的该第一滤波信号和该第五滤波信号相减得到的第 六滤波信号，将该第六滤波信号从该四端口环形器812的第一输出端口输出；
[0149] 该四端口环形器812将接收到的该第一滤波信号和该第五滤波信号相加得到的第 七滤波信号，将该第七滤波信号从该四端口环形器的第二输出端口输出。
[0150] 本实施例中，在一种实现方式中，该双频射频信号产生装置801包括单频接收天线 和第一合路器，第一合路器将分别从单频接收天线获得的第一单频射频信号和第二单频射 频信号合成为第一双频射频信号；
[0151]或者，双频射频信号产生装置801包括双频接收天线，双频接收天线同时接收第一 单频射频信号和第二单频射频信号。
[0152] 本实施例中，在一种实现方式中，该双频本振信号产生装置813包括第二合路器和 两个锁相环电路，该第二合路器将两个锁相环电路分别产生的第一单频本振信号和第二单 频本振信号合成为该第一双频本振信号。
[0153] 或者，双频本振信号产生装置813包括双频锁相环电路，双频锁相环电路同时产生 第一单频本振信号和第二单频本振信号。
[0154] 进一步的，第一移相器804和第二移相器805均为f移相器。
[0155] 进一步的，该第一双频射频信号包括第一单频射频信号和第二单频射频信号；该 第一双频本振信号包括第一单频本振信号和第二单频本振信号;该第一单频射频信号和该 第一单频本振信号的频率相等;该第一带通滤波器810和该第二带通滤波器811均为中心频 率为该第二单频射频信号和该第二单频本振信号的频率差值，且带宽为第二单频射频信号 带宽的滤波器。
[0156] 进一步的，该第一低通滤波器808和该第二低通滤波器809的截止频率不小于第一 射频信号带宽。
[0157] 下面结合各器件的功能对本发明实施例实现过程进行详细说明。
[0158] 假设第一双频射频信号为VrfzAKOcoM ω lt)+A2(t)C〇S( ω 2t)，其中，AKt)是第 一单频射频信号的振幅，ω:是第一单频射频信号的角频率，A2(t)是第二单频射频信号的振 幅， ω 2是第二单频射频彳目号的角频率。彳目号的振幅可以表不为:Ak(t) = Vlink(t)+V〇ink(t)，k e(l，2)，VIink⑴是调制时的余弦函数，VQink⑴是调制时的同频正弦函数。又假设第一双频 本振信号为Vl〇 = COS( C〇LOlt)+COS( C〇LQ2t)，其中，是第一单频本振信号的角频率，ω L02 是第二单频本振信号的角频率。角频率可以通过频率换算而得，换算公式为ιω,ιΖπΧΑ， 心为第一单频射频信号的频率，f 2为第一单频射频信号的频率，funS第一单频本振信号的 频率为，红〇2为第二单频本振信号的频率。
[0159] 第一双频射频信号VRF与第一双频本振信号VLQ通过第一混频器802后可以得到第 一混频信号，第一混频信号可以通过以下计算公式得到
[0161 ] 假设Max[ ω ι_ ω loi，ω 2- ω L02]〈Min[ ω ι_ ω l02，ω 2- ω loi]，ω ifi = ω ι_ ω loi = 0，
，《IF2S第二单频射频信号和第二单频本振信号的角频率差值， 第一单频射频信号的带宽，BW2第一单频射频信号的带宽。
[0162]第一混频信号经过第一功分器806,会把一路输入信号能量平分为两路相等能量 后，分别输送至第一带通滤波器810和第一低通滤波器808,第一功分器806输出的两路信号 相同，均为：
[0164] 输送至第一低通滤波器808的Vpdl经过截止频率不小于BWi的的第一低通滤波器 808后器得到第二滤波信号后直接输出，该第二滤波信号可以表示为：
[0166]输送至第一带通滤波器810的Vpdl通过中心角频率为fiF2带宽为BW 2的第一带通滤 波器810得到第一滤波信号，第一滤波信号被输送至四端口环形器的第一输入端口，第一滤 波信号可以表不为：
[0168] 第一双频本振信号为VLQ = cos( coLQ1t)+cos( coLQ2t)，经过第一移相器804后转换为 第二双频本振信号LC)，第一移相器804为y移相器，第二双频本振信号可以表不为：
[0170] 第一双频射频信号VRF与二双频本振信号ν\ο经第二混频器803混频后得到第二混 频信号，第二混频信号可以表示为：
[0172]第二混频信号经过第二功分器807,会把一路输入信号能量平分为两路相等能量 后，分别输送至第二带通滤波器811和第二低通滤波器809,第二功分器807输出的两路信号 相同，均为：
[0174] 输送至第二低通滤波器809的Vpd2经过截止频率不小于BWi的第二低通滤波器809得到第四滤波信号，第四滤波信号为零中频的Q信号，第四滤波信号可以表示为：
[0176]输送至第二带通滤波器811通过中心频率为fIF2且带宽为BW2的第二带通滤波器 811后得到第三滤波信号疒IF2(t)，第三滤波信号疒IF2(t)可以表示为：
[0178] 第三滤波信号V IF2(t)经过第二移相器805后，第二移相器805为f移相器，得到第 五滤波信号V〃 IF2 ( t)，第五滤波信号V〃 IF2 ( t)可以表不为：
[0180]第五滤波信号被输送至四端口环形器812的第二输送端口，第一滤波信号ViF2(t) 与第五滤波信号V〃IF2(t)通过四端口环形器812,在四端口环形器812的第二输出端口得到 第六滤波信号Vlmjt2 ( t )，该第六滤波信号ν?Μ2 ( t )为角频率为ω IF2的I信号，第六滤波信号 Vl〇Ut2(t)可以表示为：
[0182] 第一滤波信号VIF2(t)与第五滤波信号V〃IF2(t)通过四端口环形器812,在四端口环 形器812的第一输出端口得到第七滤波信号VQciut2(t)，该第七滤波信号VQciut2(t)为角频率为 ω IF2的Q信号，第七滤波信号V_t2 (t)可以表不为：
[0184] 通过上述信号实现过程可见，本发明实施例不仅能完成零中频的I/Q信号分离，而 且能完成中频的I/Q信号分离。
[0185] 本发明实施例第一功分器806、第一低通滤波器808、第一带通滤波器810共同作用 实现的功能与第一双工器的实现功能基本相同，同理，第二功分器807、第二带通滤波器811 第二低通滤波器809共同作用实现的功能与第二双工器的实现功能基本相同，但输出信号 的功率只有使用第一双工器和第二双工器的共时双频接收系统输出信号功率的一半。在实 际应用中，使用第一双工器和第二双工器的共时双频接收系统相对于使用图8所示的共时 双频接收系统效果更好一些。
[0186] 应用本发明实施例，相较于现有的混合式共时双频接收系统，只需两个混频器和 一个四端口环形器不仅能完成零中频的I/Q信号分离，而且能完成中频的I/Q信号分离，使 用器件更少，成本与体积也会相应减少。
[0187] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0188] 本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部 分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实 施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例 的部分说明即可。
[0189] 本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中， 这里所称得的存储介质，如:R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0190] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围 内。
【主权项】
1. 一种共时双频接收系统，其特征在于，所述系统包括:双频射频信号产生装置、第一 混频器、第二混频器、第一移相器、第二移相器、第一滤波装置、第二滤波装置、四端口环形 器和双频本振信号产生装置； 其中，所述第一混频器将从所述双频射频信号产生装置获得的第一双频射频信号和从 所述双频本振信号产生装置获得的第一双频本振信号混频成第一混频信号，并将所述第一 混频信号输送至所述第一滤波装置； 所述第一滤波装置将接收的所述第一混频信号进行滤波，并将滤波后得到的第一滤波 信号输送至所述四端口环形器的第一输入端口，将滤波后得到的第二滤波信号输出； 所述第一移相器将从所述双频本振信号发生装置获得的第一双频本振信号的相位进 行改变后转换成第二双频本振信号，并将所述第二双频本振信号输送至所述第二混频器； 所述第二混频器将从所述双频射频信号产生装置获得的第一双频射频信号和从所述 第一移相器接收到的第二双频本振信号混频成第二混频信号，并将所述第二混频信号输送 至所述第二滤波装置； 所述第二滤波装置将接收的所述第二混频信号进行滤波，并将滤波后得到第三滤波信 号输送至所述第二移相器，将滤波后得到的第四滤波信号输出； 所述第二移相器将接收到的第三滤波信号的相位进行改变后转换成第五滤波信号，并 将所述第五滤波信号输送至所述四端口环形器的第二输入端口； 所述四端口环形器将接收到的所述第一滤波信号和所述第五滤波信号相减得到的第 六滤波信号，将所述第六滤波信号从所述四端口环形器的第一输出端口输出； 所述四端口环形器将接收到的所述第一滤波信号和所述第五滤波信号相加得到的第 七滤波信号，将所述第七滤波信号从所述四端口环形器的第二输出端口输出。2. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述双频射频信号产生装置包括两个单频接 收天线和第一合路器，所述第一合路器将分别从所述两个单频接收天线获得的第一单频射 频信号和第二单频射频信号合成为所述第一双频射频信号； 或者，所述双频射频信号产生装置包括双频接收天线，所述双频接收天线同时接收所 述第一单频射频信号和所述第二单频射频信号。3. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述双频本振信号产生装置包括第二合路器 和两个单频锁相环电路，所述第二合路器将所述两个单频锁相环电路分别产生的第一单频 本振信号和第二单频本振信号合成为所述第一双频本振信号； 或者，所述双频本振信号产生装置包括双频锁相环电路，所述双频锁相环电路同时产 生所述第一单频本振信号和所述第二单频本振信号。4. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述第一滤波装置为第一双工器;所述第二 滤波装置为第二双工器。5. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述第一滤波装置由第一功分器、第一带通 滤波器和第一低通滤波器组成;所述第二滤波装置由第二功分器第二带通滤波器和第二低 通滤波器组成； 所述第一功分器将接收到的所述第一混频器发送的第一混频信号分为两路混频信号， 并分别输送至所述第一带通滤波器和所述第一低通滤波器； 所述第一带通滤波器将接收到的混频信号滤波得到第一滤波信号； 所述第一低通滤波器将接收到的混频信号滤波得到第二滤波信号； 所述第二功分器将接收到的所述第二混频器发送的第二混频信号分为两路混频信号， 并分别输送至所述第二带通滤波器和所述第二低通滤波器； 所述第二带通滤波器将接收到的混频信号滤波得到第三滤波信号； 所述第二低通滤波器将接收到的混频信号滤波得到第四滤波信号。6. 根据权利要求1~5任一项所述系统，其特征在于，所述第一移相器和所述第二移相 器均为f移相器。7. 根据权利要求5所述系统，其特征在于，所述第一双频射频信号包括第一单频射频信 号和第二单频射频信号;所述第一双频本振信号包括第一单频本振信号和第二单频本振信 号;所述第一单频射频信号和所述第一单频本振信号的频率相等;所述第一带通滤波器和 所述第二带通滤波器均为中心频率为所述第二单频射频信号和所述第二单频本振信号的 频率差值，且带宽为第二单频射频信号带宽的滤波器。8. 根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波的 截止频率不小于所述第一射频信号带宽。
【文档编号】H04B1/00GK106027075SQ201610282489
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】于翠屏, 刘微, 刘元安, 吴永乐, 苏明, 黎淑兰, 王卫民, 高锦春
【申请人】北京邮电大学