本發(fā)明涉及無線電
技術領域：
，尤其涉及一種本振相位噪聲抵消方法及電路。
背景技術：
：在無線電
技術領域：
中，由本振和混頻器構成的變頻電路被廣泛的應用于包括移動通信、衛(wèi)星導航、雷達、遙感、信號測量和計量等無線電系統(tǒng)當中。當在理想情況下，本振為單一頻率譜線或混頻器是理想的雙平衡混頻器時，在射頻RF輸入端沒有輸入的情況下，混頻器沒有中頻分量輸出。但由于受工藝限制，混頻器無法做到理想的雙平衡，本振信號頻譜也無法做到單一譜線，因此在射頻輸入端沒有輸入的情況下，混頻器的中頻輸出端會有本振相位噪聲信號輸出。該現(xiàn)象在毫米波頻段尤為明顯，因為在毫米波頻段信號源普遍采用倍頻源，通過倍頻后，信號頻譜純度變差，在載波附近有較大的相位噪聲以及其他雜波。因此，即使混頻器射頻輸入端輸入為零，也會因為存在本振信號自己相乘的問題，導致混頻器的中頻輸出端產(chǎn)生中頻信號，該現(xiàn)象被稱為混頻器自混頻。自混頻的中頻信號會對被測中頻信號形成干擾，引入測量誤差，降低接收機的靈敏度。技術實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明提供了一種本振相位噪聲抵消方法及電路。基于本發(fā)明實施例，本發(fā)明提供一種本振相位噪聲抵消方法，該方法包括：本振信號源輸出的本振信號分成兩路分別接入第一混頻器和第二混頻器；將第一混頻器作為主用工作混頻器，其射頻輸入端接收射頻輸入信號；將第二混頻器作為本振相位噪聲抵消用的輔用混頻器，其射頻輸入端連接一負載；第一混頻器和第二混頻器的兩個輸出端信號經(jīng)相減器做本振相位噪聲抵消后，將相減器的輸出信號作為中頻輸出信號輸出。進一步地，通過調(diào)整第二混頻器輸出端輸出的本振相位噪聲信號幅度抵消第一混頻器輸出端輸出的本振相位噪聲信號。進一步地，在第一混頻器與本振信號源之間添加第一隔離器，在第二混頻器與本振信號源之間添加第二隔離器，以減小射頻信號串擾。進一步地，通過功分器將本振信號源輸出的本振信號分成兩路分別接入第一混頻器和第二混頻器的本振信號的輸入端。進一步地，通過定向耦合器將本振信號源輸出的本振信號分成兩路，定向耦合器的主臂輸入到第一混頻器，定向耦合器的旁臂的輸出信號經(jīng)放大器輸入到第二混頻器?；诒景l(fā)明實施例，本發(fā)明提供一種本振相位噪聲的抵消電路，該電路包括：第一混頻器、第二混頻器、本振信號源，相減器；本振信號源輸出的本振信號分別輸入到第一混頻器和第二混頻器的本振信號輸入端；第一混頻器的射頻輸入端接收射頻輸入信號；第二混頻器的射頻輸入端連接一負載；第一混頻器和第二混頻器的輸出端輸出的信號接入相減器，第一混頻器和第二混頻器的兩個輸出端信號經(jīng)相減器做本振相位噪聲抵消后，將相減器的輸出信號作為中頻信號輸出。進一步地，所述相減器中設置有幅度調(diào)整電路，所述幅度調(diào)整電路用于調(diào)整第二混頻器輸出的本振相位噪聲信號幅度，使得第二混頻器輸出端輸出的本振相位噪聲信號幅度與第一混頻器輸出端輸出的本振相位噪聲信號的幅度相等， 從而抵消第一混頻器輸出端輸出的本振相位噪聲。進一步地，所述電路還包括：第一隔離器，其一端接收本振信號，另一端接入第一混頻器的本振信號輸入端；和第二隔離器，其一端接收本振信號，另一端接入第二混頻器的本振信號輸入端。進一步地，所述電路還包括：功分器，用于將本振信號源輸出的本振信號分成兩路，分別接入第一混頻器和第二混頻器的本振信號的輸入端。進一步地，所述電路還包括：定向耦合器，用于將本振信號源輸出的本振信號分成兩路，定向耦合器的主臂的輸出信號接入第一混頻器的本振信號輸入端，旁臂的輸出信號接入放大器輸入端；和放大器，用于對定向耦合器旁臂的輸出信號進行放大，其輸出端與第二混頻器的本振信號輸入端連接。本發(fā)明提供的本振相位噪聲的抵消電路中包括兩個混頻器，其中第一混頻器作為主用工作混頻器(主混頻器)，其射頻輸入端連接射頻輸入信號，第二混頻器射頻輸入端接一負載，本振信號源分別與第一混頻器和第二混頻器的本振信號輸入端連接，第一混頻器和第二混頻器的中頻輸出端分別接入相減器，通過相減器抵消第一混頻器輸出信號中包含的本振相位噪聲。本發(fā)明能夠改善第一混頻器輸出信號的質(zhì)量，提升小信號輸入時混頻器輸出信號的線性度和靈敏度。附圖說明圖1A為雙平衡混頻器的電路原理圖；圖1B為雙平衡混頻器工作在本振信號正半周的電路原理圖；圖1C為雙平衡混頻器工作在本振信號負半周的電路原理圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的本振信號抵消電路原理結構示意圖；圖3為本發(fā)明一實施例提供的本振信號抵消電路中的相減電路原理結構 示意圖；圖4為本發(fā)明一實施例提供的帶隔離器的本振信號抵消電路中的電路原理結構示意圖；圖5為本發(fā)明一實施例提供的帶功分器的本振信號抵消電路中的電路原理結構示意圖；圖6為本發(fā)明一實施例提供的采用定向耦合器的本振信號抵消電路中的電路原理結構示意圖。具體實施方式為使本申請的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖對本申請所述方案作進一步地詳細說明。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本申請相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本申請的一些方面相一致的裝置和方法的例子。在本申請使用的術語是僅僅出于描述特定實施例的目的，而非旨在限制本申請。在本申請和所附權利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應當理解，本文中使用的術語“和/或”是指并包含一個或多個相關聯(lián)的列出項目的任何或所有可能組合。應當理解，盡管在本申請可能采用術語第一、第二、第三等來描述各種信息，但這些信息不應限于這些術語。這些術語僅用來將同一類型的信息彼此區(qū)分開。例如，在不脫離本申請范圍的情況下，第一信息也可以被稱為第二信息，類似地，第二信息也可以被稱為第一信息。取決于語境，如在此所使用的詞語“如果”可以被解釋成為“在……時”或“當……時”或“響應于確定”。雙平衡混頻器基本原理請參考圖1所示，其中圖1A為混頻器的電路，圖1B和圖1C分別為混頻器工作在本振信號正半周和負半周時的電路。二極管的電流和電壓I-V特性可以用式(1)表示i＝a0+a1u+a2u2(1)式中忽略了高階項，因為混頻后產(chǎn)生的高階項信號，經(jīng)低通濾波器后可以濾掉。對于本振正半周，兩個二極管D1和D3上的電壓信號為u1＝u0+us(2)u3＝u0-us式中，u0、us分別為本振信號和射頻信號。二極管D1和D3電流信號為i1＝ad1-0+ad1-1(u0+us)+ad1-2(u0+us)2(3)i3＝ad3-0+ad3-1(u0-us)+ad3-2(u0-us)2混頻器中頻端輸出信號為ui=(i1-i3)RL=RL[(ad1-0-ad3-0)+ad1-1(u0+us)-ad3-1(u0-us)+ad1-2(u0+us)2-ad3-2(u0-us)2]=RL[(ad1-0-ad3-0)+(ad1-1-ad3-1)u0+(ad1-1+ad3-1)us+(ad1-2-ad3-2)(u02+us2)+2(ad1-2+ad3-2)u0us]≈RL[Δa0+Δa1u0+2a1us+Δa2(u02+us2)+4a2u0us]---(4)]]>式中，(ad1-1+ad3-1)≈2a1；(ad1-2+ad3-2)≈2a2。對于理想情況，二極管D1和D2的I-V特性是相同的，D1和D2通路路徑是等長的；線圈的中心抽頭在中心位置等，這時有Δa0＝0，Δa1＝0，Δa2＝0，雙平衡混頻器中頻輸出除射頻信號外，只包含差頻(ω0-ωs)以及和頻(ω0+ωs)項，即ui=2RLa1us-4RLa2u0us=2RLa1us-2RLa2U0UsRe(ej(ω0-ωs)t+ej(ω0+ωs)t)---(5)]]>實際的混頻器并非理想器件，Δa0，Δa1，Δa2都不為零，導致混頻器的中頻輸出有本振相位噪聲信號。商用混頻器都給出本振與中頻以及本振與射頻的隔離度，一般為20dB至30dB，如果用Δa1代表所有不理想分量，假設Δa1為-25dB；2a2是變頻損耗，一般為6dB左右。當本振在載波附近有干擾信號e0時，混頻器的中頻輸出為ui=(i1-i3)RL=RL[(ad1-0-ad3-0)+ad1-1(u0+us+e0)-ad3-1(u0-us+e0)+ad1-2(u0+us+e0)2-ad3-2(u0-us+e0)2]≈RL[Δa0+Δa1(u0+es)+2a1us+Δa2(u02+us2+es2+2u0es)+4a2(u0us+uses)]---(6)]]>由式(6)可知，混頻器的中頻端輸出包含中頻、本振、射頻、以及射頻和本振頻率和項，經(jīng)過低通濾波器后，只保留了由4RLa2u0us和2RLΔa2u0e0產(chǎn)生中頻項和假設變頻損耗2a2為-6dB左右；Δa2≈Δa1，即Δa2也為-25dB，則Δa2比2a2低19dB，當e0等于混頻器射頻輸入端信號時，e0對測量中頻信號引入的最大誤差為11％，所謂最大誤差指當e0與射頻信號同相或反相時，引入最大誤差，在其它相位時，該誤差變小。串擾信號e0對測量的影響可以用式(7)表示ΔAm=±8.69pnpsdB---(7)]]>式中，Pn、Ps分別定義在混頻器中頻輸出的雜波信號電平和被測中頻信號。從式(7)可以看出，當射頻信號的幅度變小時，干擾信號對混頻器輸出的中頻信號的影響會變大。基于上述分析可知，由于混頻器無法做到理想的雙平衡，以及本振信號頻譜的非單一譜線，造成混頻器的自混頻，因此在射頻輸入端沒有輸入的情況下，混頻器的中頻輸出端會有本振相位噪聲信號輸出。為了抑制本振相位噪聲對混頻器輸出的中頻信號的影響，改善經(jīng)混頻器接收或測量小信號時的線性度和靈敏度，本發(fā)明提供了一種本振相位噪聲抵消方法及電路，參考圖2的電路結構圖，該電路包括本振信號源LO、第一混頻器M1、第二混頻器M2、相減器S，該方法包括如下步驟：步驟100、本振信號源LO輸出的本振信號分成兩路分別接入第一混頻器M1和第二混頻器M2；步驟102、將第一混頻器M1作為主用工作混頻器，其射頻輸入端接收射頻輸入信號RF；步驟104、將第二混頻器M2作為本振相位噪聲抵消用的輔用混頻器，其射頻輸入端連接一負載LOAD；步驟106、第一混頻器M1和第二混頻器M2的兩個混頻器輸出中頻信號經(jīng)相減器S做本振相位噪聲抵消后，將相減器的輸出信號作為中頻輸出信號。請參考圖2示例，本發(fā)明提供的本振相位噪聲的抵消電路包括兩個混頻器，其中第一混頻器作為實際工作的主用工作混頻器，其射頻輸入端用于接收實際要處理的外部射頻輸入信號，而第二混頻器用于抵消第一混頻器輸出信號中包含的本振相位噪聲，第二混頻器射頻輸入端連接一負載?；谇懊娴幕祛l器自混頻原理分析，兩個混頻器都包含了自混頻產(chǎn)生的本振相位噪聲兩個混頻器的輸出信號中的本振相位噪聲是相關的，本發(fā)明創(chuàng)造性的使用第二混頻器的輸出抵消第一混頻器輸出信號中所包含的相關的本振相位噪聲，從而改善第一混頻器中頻輸出信號的質(zhì)量，提升小信號輸入時混頻器輸出信號的線性度和靈敏度。在本發(fā)明的一實施例中，相減器實現(xiàn)采用如圖3所示的電路結構，在該實施例中使用高精密度的運算放大器來實現(xiàn)兩個混頻器輸出的兩路信號中的本振相位噪聲的抵消處理，兩個混頻器的輸出信號可根據(jù)應用場景分別接入運算放大器的同相和反相輸入端，或反相和同相輸入端，運算放大器的輸出作為相減器的輸出信號輸出。進一步地，由于兩個混頻器平衡性能存在差別，因此兩個混頻器的輸出信號所包含的本振相位噪聲也會存在幅度差別，為了進一步降低本振相位噪聲的影響，本發(fā)明實例中在相減器中加入了幅度調(diào)整電路，該電路中第一混頻器即主用工作混頻器的輸出端接入運算放大器的反相輸入端，第二混頻器即抵消用的輔用混頻器的輸出端通過一可調(diào)電位器接入運算放大器的同相輸入端。該實施例中可調(diào)電位器的作用是調(diào)整信號幅度，使兩路輸入到運算放大器中的本振相位噪聲信號幅度相等，以達到精確的抵消第一混頻器輸出信號中包含的本振相位噪聲的目的。為了防止射頻信號通過混頻器后形成串擾，在本發(fā)明實施例中，請參考圖4示例，在第一混頻器M1與本振信號源LO之間添加第一隔離器ISO1，在第二混頻器M2與本振信號源LO之間添加第二隔離器ISO2。本發(fā)明實施例中，請參考圖5示例，通過功分器DIV將本振信號一份為二，功分器DIV的兩路輸出信號分別輸入到第一混頻器M1和第二混頻器M2 的輸入端，其中，加入功分器的作用是將本振信號分為兩路信號，在本振信號源電平幅度有限的情況下，由于經(jīng)功分器衰減后不足以驅(qū)動混頻器，則可選用定向耦合器來作為功分器。在本發(fā)明一實施例中，輸入第一混頻器的信號為大于50GHz的毫米波頻段，本振信號電平幅度有限，使用功分器衰減后不足以驅(qū)動混頻器，因此采用10dB定向耦合器，如圖6示例，定向耦合器CUP的主臂輸入到第一混頻器M1，10dB定向耦合器CUP的旁臂輸出經(jīng)毫米波放大器AMP輸入到第二混頻器M2，第二混頻器M2的射頻輸入端接一波導負載LOAD，本振相位噪聲的抵消原理參見上述分析過程，此處不再贅述。由于混頻器輸出的相位噪聲只是本振載波與相位噪聲相互關系的函數(shù)，盡管本振走的路經(jīng)不同，電長度不同，但是不影響兩個混頻器中頻輸出的相關性。由于混頻器輸出的本振相位噪聲(即自混頻信號疊加噪聲后的輸出信號)幅度小，不方便觀察是否完全抵消，結合前述圖3的示例，為了調(diào)整相減器電路使兩路輸出的幅度相等，達到抵消測量混頻器輸出的本振相位噪聲的目的，因此可采用如下手段來調(diào)整相減器中的幅度調(diào)整電路：在關斷第一混頻器的射頻輸入的狀態(tài)下，設置本振信號源為調(diào)幅輸出，調(diào)制信號頻率設置為需要的中頻頻率，調(diào)制深度為0.5％，這時混頻器輸出信號較大，在大信號狀態(tài)下調(diào)整相減器電路，使相減器電路的輸出最小。調(diào)整好后，本振關閉調(diào)制，恢復連續(xù)波輸出。經(jīng)過實際的電路測試，本發(fā)明提供的本振相位噪聲抵消方法及電路，能夠改善混頻器中頻輸出相位噪聲20dB以上，改善小信號測量的線性度和靈敏度。本發(fā)明提供的本振相位噪聲抵消方法可用于接收機、雷達設計，改善測量小信號的線性和靈敏度；也可用于信號分析測量裝置，減小本振相位噪聲引入的影響；也可用于相位噪聲測量裝置，減小本振相位噪聲引入的影響。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3