摘要：分析無線直接變頻發(fā)射機(jī)中的邊帶和本振泄漏問題，導(dǎo)出調(diào)制信號(hào)和本振信號(hào)的幅度和相位不平衡度與該發(fā)射機(jī)的邊帶和本振抑制能力之間的定量關(guān)系，并用MATLAB軟件進(jìn)行了仿真，最后，基于最新的AD8439型直接正交上變頻器，介紹直接變頻發(fā)射機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體措施，并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
關(guān)鍵詞：直接變頻 幅相不平衡 發(fā)射機(jī)AD8349
引言
無線發(fā)射機(jī)的體系結(jié)構(gòu)長期由超外差式所主載。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步和對移動(dòng)通信設(shè)備小型化、低功耗、多功能需求的不斷增加，基于正交調(diào)制的直接正交上變頻技術(shù)DQUC（direct quadrature up-conversion）得到了迅速發(fā)展。它能夠直接將基帶信號(hào)搬移到射載頻并消除無用的邊帶信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制。其突出優(yōu)點(diǎn)是不要中頻放大、濾波、變頻等電路，同時(shí)放寬了對變頻器后濾波器的性能要求，甚至可以不需要濾波器，從而極大地減小了發(fā)射機(jī)的體積、重量、功耗和成本。但這項(xiàng)技術(shù)也存在很多缺點(diǎn)，如正交調(diào)制信號(hào)和正交本振信號(hào)相位和幅度的不平衡，對直流偏移失真非常敏感等，因此導(dǎo)致嚴(yán)重的邊帶和本振泄漏。

1 DQUC的邊帶和本振信號(hào)泄漏分析
典型的DQUC無線發(fā)射機(jī)的功能框圖如圖1所示，其中I（t）和Q(t)是正交基帶調(diào)制信號(hào)，fLO是射頻本振信號(hào)，fRF(t)是已調(diào)射頻信號(hào)。電路工作時(shí)，fLO先經(jīng)分相器移相產(chǎn)生正交本振信號(hào)fLO_I(t)和fLO_Q(t)，然后分別與正交基帶信號(hào)I（t）和Q(t)相乘后作代數(shù)（加或減）運(yùn)算，低消無用邊帶信號(hào)，輸出想要的邊帶信號(hào)fRF(t)，從而實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制。
理想情況下，正交調(diào)制信號(hào)I（t）,Q(t)是正交本振信號(hào)fLD_I(t),fLD_Q(t)的幅度和相位分別完全平衡，且不存在直流偏移。因此DQUC輸出的RF信號(hào)fRF(t)是一個(gè)理想的單邊帶信號(hào)，不存在邊帶和本振泄漏問題。但在實(shí)際情況下，I(t)、Q(t)和fLO_I(t),fLO_Q(t)信號(hào)總是存在幅度和相位的平衡及直流偏移誤差。為了便于分析問題，假設(shè)實(shí)際的I（t）,Q(t)和fLD(t),fLO_Q(t)信號(hào)分別為

式中，G，ψ，D分別為I（t）和Q(t)信號(hào)之間的歸一化幅度比、正交相位誤差和直流偏移誤差；A，θ，E分別為fLO_I(t)與fLD_O(t)信號(hào)之間的歸一化幅度比、正交相位誤差和直流偏移誤差。理想情況下，A=G=1；ψ=θ；D=E=0。
DQUC的輸出信號(hào)fo(t)可表示為

是泄漏的下邊帶無用信號(hào)fLSB(t),Dacos(ωct+θ)是泄漏的本振信號(hào)，Egcos(ωt+θ)+是輸出的低頻分量，通過BPF濾除。顯然，fRF(t)主要包括fHSB(t)、fLSB(t)和Dacos(ωct+θ)。下面著重對邊帶與本振泄漏問題進(jìn)行討論。
2 無用邊帶和本振泄漏
由上文中的fo(t)公式可知，泄漏的無用邊帶信號(hào)fLSR(t)為

可調(diào)節(jié)A值，使AG→1，則有

泄漏的本振信號(hào)fc(t)為
fc(t)=DAcos(ωct+θ)≈Dcos(ωct+θ) (7)
顯然，fc(t)主要是由I(t)和Q(t)信號(hào)存在的直流偏移引起的。因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，I(t)和Q(t)信號(hào)傳輸最好采用交流耦合，以減小或消除直流偏移，從而減小或消除本振信號(hào)的泄漏。當(dāng)然，電路中的EMC和CMI如果未得到很好的解決，也會(huì)引起較嚴(yán)重的本振泄漏。
3 DQUC的邊帶抑制能力
DQUC的邊帶抑制能力通常用邊帶功率抑制比（PSPR）來定量表示，也就是楊要的邊帶信號(hào)功率和需要抑制的無用邊帶信號(hào)功率的比值，即

考慮到正交本振信號(hào)是由正交調(diào)制器內(nèi)部的分相網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的，其正交相位差ψ很小，近似等于0，所以，上式可以簡化為

用MATLAB軟件對上式進(jìn)行計(jì)算分析，可以得出PSPR，AG和ψ→1，正交相位誤差ψ→0，即幅度和相位趨向平衡時(shí)，PSPR很大，當(dāng)AG逐漸偏離1，ψ逐漸偏離0，即幅度和相位的不平衡度增大時(shí)，PSPR急劇下降；當(dāng)AG→0.9, ψ→10°時(shí)，PSPR僅有二十幾個(gè)dB，邊帶泄漏已非常嚴(yán)重。顯然，DQUC對正交調(diào)制信號(hào)（包括正交本振信號(hào)）幅度和相位平衡度的要求非常嚴(yán)格。
在實(shí)際電路中，AG的調(diào)節(jié)較為方便，通過嚴(yán)格地調(diào)制可以使AG→1。但由于現(xiàn)有集成電路工藝水平的限制和電路布線、布局的影響，把正交相位誤差限制在±2°以內(nèi)已非常困難。即在實(shí)際電路優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，保證PSPR≥35dB比較困難。

4 直接變頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)
直接變頻發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。直接變頻發(fā)射機(jī)直接正交上變頻調(diào)制器、高穩(wěn)定度本振和功率放大器三部分組成。圖中的I[9：0]和Q[9：0]是二路正交數(shù)字基帶信號(hào)，經(jīng)過高速雙通道TxDACAD9763變?yōu)槟MI/O信號(hào)。模擬I/O信號(hào)分別通過脈沖成形和抗碼間干擾升余弦根低通濾波后送入