射频仿真系统中的功率校准系统设计(中文译文).docVIP

最初，六端口技术应用于计量是因为它是一种衡量两个电磁[5]复杂比率的非常精确的方法。许多文献展现了六端口网络分析器[6]。在过去的十年内，许多运用这个技术的新的应用程序被提出来，如在一个接收器的直接转换[7]，在一个雷达系统的相位和频率的区分[8], 和多个无线电频率信号的测向[9]。在最初的Li[7]之后，许多在六或者五端口技术基础上处理数字接收机的文献被发表[10]-[12]。射频电路采用五端口首要的优点是非常大的频率带宽。Hesselbart[4]证明一个使用六端口反射计的负载的反射系数的测量在频率范围为2-2200MHZ上需运行超过30年。另一个五端口的同步检波系统的优点是他与一个零中频混频接收机是相似的，即一个没有滤波器的本机振荡器。 射频接收机的目的是与载波频率来解调信号，复包络, 振幅为，用一个由本机振荡器产生信号其频率和振幅分别为和。这两个信号可由两个合成的波表示 电压和可分别由上述公式（1）、（2）的实部求得。 图1.经典同步接收机 I(t)和Q(t)表示了同相和正交信号，图1表明了经典的运用正交转换的同步接收机，它进行的解调。 然而，基带信号I(t)和输出信号Q(t)可以被直流偏置抵消，同相跟正交的失配，本机振荡器的泄漏和偶数阶失真[13]。五端口系统产生的三个基带信号也有类似的问题。但是我们将证明他们可以被减小，用一个五电路的同步接收机和适当的校准方法。本文分为六个部分。五端口系统的工作原理在第二部分。校准的方法在第三部分详细介绍。相邻信道信号的影响的研究在第四部分。自校准以抗干扰在第五部分阐述。自校准用与已知的I/Q序列相符的在数据破裂时接收的训练序列来自校准五端口系统。以这种方式，自适应校正系数可以有效的防止虚假的信号和干扰。数据速率为200 kb/s频率为2GHz的QPSK解调结果在第六部分给出。最后我们将介绍一个用五端口电路和同步自检的多模多频带直流数字接收机。 图2.五端口电路和同步接收机 图3.零偏置射频功率检测器 II、五端口系统的工作原理 五端口系统如图2所示。五端口系统这个五端口电路包含一个双输入射频线性电路，三个输出和三个功率检测器。这个射频五端口系统可以有混合组件[14]，三个探测系统[15]，一个移相器[16]，一个五口环[17]。这个线性电路用来将三个矢量添加到两个输入信号之间(和)，所以这三个输出可以表示为： 和什么时候为复参数取决于射频线性电路在频率为时的散射参数。这三个射频电压为公式（5）（6）（7）的实部: 其中。和分别为和的模，和分别为和的相位。这些电压在零-偏置射频功率检测器中输入,这些检测器如图3所示。82-pF电容器是一个直流块。五十欧姆的电阻与输入功率检测器匹配，Schootky定律给出了二极管电流与输入射频电压之间的关系。 式中，代表饱和电流二极管()。如果振幅的小于,我们可以用[18]近似(9)。 图4 等效电路输出 这个近似对于低输入功率有效，所以用一个线性化技术[19],[20]采用二次插值法使对高输入功率有效。射频功率检测器的输出端口如图4[18]。为二极管电流由（10）定义，代表了功率检测器的视频电阻[18]，R和C是低通滤波器的组件。图4表明的高频部分被由低通滤波器滤除，所以正比于电流，相对应于公式（10）的基带。三个输出电压为： 其中 方程（11）代表了功率检测器的二次插值法，用公式（8）、（11）并假设，我们得到五端口电路输出电压的表达式： 其中。 每个电压由三个部分组成。第一部分为本机振荡器的自混频，第二部分为已调信号的自混频，第三部分为本机振荡器和已调信号的混频。最后的部分是理想的I/Q信号，隐藏在其他部分内。在经典的接收机，基带I/Q信号由两个混频直接获得。然而，这五端口电路的三个输出电压由的直流偏置，的偶数阶，和I/Q信号组成。所以，信号的处理必须应用在这三个输出电压以阻止直流偏置、偶数阶和再生I/Q信号。下一部分解释了I/Q解调的标定原理。 III.五端口系统的工作原理 方法介绍 校准程序包含计算校准常数，容许从三个输出电压中再生 I/Q 。首先，一些 简化应用于输出电压方程，所以我们用三个输出电压和校准常数写出I和Q的表达式。然后我们介绍校准常数的确定方法。 在式（12），可以写成两个部分之和，如下： 表示一个直流分量，表示一个时变分量。则式（12）变为 其中 参数相当于输出电压的直流分量，每个直流偏移可以通过减平均值被抵消 抵消直流偏转之后的三个输出电压为： 其中 三个输出电压是三个时变参数、I(t)、Q(t)的线性组合，一个系统可以用式（16）描述的关系写为 其中 我们假设矩阵P是满秩，则我们得到 其中 结合式（18）和P矩阵的逆矩阵，I和Q信号可表示为： 方程（19）和（20）定义了I和Q信号，三个输出电压，