频谱仪测试矢量信号源的IQ调制镜像抑制度

近几年来，移动通信在我国得到了迅速的发展和普及，无线通信的发射机与接收机技术也得到迅猛发展。射频发射机的主要功能是实现基带信号调制、上变频和功率放大。与接收机的结构相比，发射机的结构相对比较简单。通常有：

· 直接上变频(又称：零中频调制)

· 间接上变频(又称：两级变频或超外差式)

· 数字中频发射机

标准的IQ正交调制电路的结构非常简单，它分为IQ 基带发生器和IQ 混频器两大部分。不管是调幅，调频或是调相信号，只需要通过改变不同的IQ 基带信号就可以实现。而IQ 调制器的作用是将基带IQ 信号搬移到载波上。正交调制器通常能实现较高的相位精度与幅度平衡，非常适合于通信系统中的直接上变频(零中频调制)，因此广泛用于直接上变频发射机，例如蜂窝移动通信、WLAN、UWB超通信系统、蓝牙、GPS 等系统中，是现代无线通信系统中的关键元件。

下图1所示是正交调制器的框图，如果用于直接上变频发射机，省去了第二本振，中频滤波器和混频器，使发射机系统结构简化，从而降低了成本、体积和功耗。

图1. 正交调制器原理框图

正交调制器的固有缺点在于本振泄漏和边带抑制(本振泄漏主要是由IQ信号的直流偏置,IQ差分信号的不平衡性以及本振和射频的隔离指标差等因素造成的)。理想情况下，正交调制器只是完成基带频谱的搬移和叠加，不会造成信号的带外频谱增生或是产生带内失真。正交调制器会不可避免的存在非理想因素，使得输出信号产生各种失真，影响通信质量，所以正交调制器的射频性能需要进行全方面的测试。

测试IQ调制器的镜像抑制一般采用单边带CW信号，输入的I信号：sinω0t，Q信号：cos⁡ω0t与正交本振混频以后可得调制信号s(t)，其中ω0一般为扫频信号，从DC附近开始到几十或几百兆：

s(t)=sinω0t∙cosωct-cosω0t∙ sinωc t

=sin⁡(ωc-ω0 )t

如果IQ调制器完全理想，只会在(ωc-ω0)处产生一个单边带信号(单边带CW信号)，但是由于调制器的不理想性，也会在(ωc+ω0)处产生一个镜像信号。与此同时在本振频率ωc位置也会有一个信号，称为本振泄漏。本振和镜像信号的抑制度是IQ调制器的重要指标。图2是一个典型的IQ调制器的单边带CW输出结果，载波为10G，IQ信号为30MHz，测试得到镜像信号的抑制度为42dB。此时采用任意波形发生器产生两路30MHz的sin和cos信号，分别提供给IQ调制器作为基带输入，也可以使用带有双源选件的矢网的两个通道输出相位差恒定为90度的CW连续波，用矢网的另一个好处就是,可以实现扫频模式下的本振和镜像抑制度的测试。

图2. 频谱仪测试矢量信号源的IQ调制镜像抑制度

2. 测试任务

本文采用的正交调制器待测件是来自ANALOG DEVICES的ADL5371，它的工作频率范围：500 MHz～1.5 GHz。下图3所示，该器件I+，I-，Q+，Q-端口分别为IQ双路差分基带输入，LO为单端本振输入(LOIN接匹配负载)。基带输入需要500mV的偏置电压。射频输出VOUT为单端50Ω。

图3. 正交调制器ADL5371 pin(左)和ADL5371的评估板

测试时，ADL5371的评估板需要输入0dBm、900MHz的单端本振。IQ双路差分基带输入的正弦波的峰峰值为1.4V，频率为1MHz，并且带有500mV的偏置电压。

测试项目包括：输出功率;输出1dB压缩点;载波馈通;边带抑制;正交相位误差;IQ幅度不平衡性;二次、三次谐波抑制;TOI;基带到射频幅频响应。

现有中，一般是在rru(remoteradiounit，射频拉远单元)中将基带信号上变频为射频信号，然后将射频信号传送至天线，以利用天线无线地发射该射频信号。在将基带信号上变频为射频信号的过程中，需要对基带信号进行iq调制，即利用本地振荡信号(简称本振信号)来分别对iq信号中的i路分量和q路分量进行调制。但是，经过调制后的iq信号中一般含有镜像信号，该镜像信号主要是由于本地振荡信号和iq信号之间的相位和幅度不平衡等因素导致的。为了抑制该镜像信号，现有的做法一般是在iq调制之前，先对iq信号进行一定的相位和幅度处理，从而使得调制后的iq信号能够抑制该镜像信号。其中，一般是使用预先确定好的相位调整参数和幅度调整参数来对iq信号进行相位和幅度调整，此种方式需要预先确定调整参数。而现有的方式，在确定相位调整参数和幅度调整参数时，一般需要在不同的调整参数下，反复对泄漏信号的功率进行测试(例如测试次数可达30次以上)然后才能确定合适的相位调整参数和幅度调整参数。因此，现有技术在确定相位调整参数和幅度调整参数比较复杂，实有改进之必要。

要抑制IQ混频器的镜像，可以采取以下几种方法：

1. 使用低通滤波器：将混频器的输出信号通过低通滤波器，滤除高频镜像信号。低通滤波器的截止频率应设置在混频器输出信号的最高频率之下，以确保只保留所需的基带信号。

2. 使用抑制镜像的混频器设计：选择具有良好镜像抑制性能的混频器，可以减小镜像信号的干扰。一些混频器设计可以通过使用差分结构或添加衰减器来实现更好的镜像抑制。

3. 使用外部滤波器：在混频器输出之后，添加一个外部滤波器来进一步滤除镜像信号。这可以是一个低通滤波器或其他类型的滤波器，根据具体的应用需求选择。

4.优化混频器的本地振荡器：混频器的本地振荡器频率对镜像抑制有很大影响。通过优化本地振荡器的频率和相位，可以减小镜像信号的功率。可以使用频率合成器、锁相环等方法来实现对本地振荡器的优化。

综上所述，抑制IQ混频器的镜像可以通过使用低通滤波器、抑制镜像的混频器设计、外部滤波器以及优化本地振荡器等方法来实现。具体的方法选择应根据实际需求和系统设计进行决定。