详解SDR收发器中的新技术

RF工程常被视为电子领域的黑魔法。它可能是数学和力学的某种奇特组合，有时甚至仅仅是试错。它让许多优秀的工程师不得其解，有些工程师仅了解结果而对细节毫无所知。现有的许多文献往往不建立基本概念，而是直接跳跃到理论和数学解释。　　

复数RF混频器揭秘 

图1. 复数发射机基本架构

图1是采用上变频器（发射机）配置的复数混频器原理图。两条并行路径各有独立混频器，一个公共本振向这些路径馈送信号，本振与其中一个混频器的相位相差90°。两个独立输出随后在求和放大器中求和，产生所需的RF输出。　　

该配置有一些简单但非常有用的应用。假设仅在I输入上馈送一个信号音，而不驱动Q输入，如图2所示。假定I输入上的信号音频率为x MHz，则I路径中的混频器产生LO频率±x的输出。由于没有信号施加于Q输入，此路径中的混频器产生的频谱为空，I混频器的输出直接成为RF输出。

图2. I路径分析

或者，假设仅向Q输入施加一个频率为x的信号音。Q混频器进而产生信号音为LO频率±x的输出。由于没有信号施加于I输入，其混频器输出静音，Q混频器的输出直接成为RF输出。

图3. Q路径分析
　

乍看起来，图2和图3的输出似乎完全相同。但实际上，二者有一个关键差异，那就是相位。假设将相同信号音同时施加于I和Q输入，并且输入通道之间存在90°相移，如图4所示。

图4. 同时施加I和Q信号的路径分析
　　

仔细审视混频器输出，我们观察到：LO频率加输入频率的信号是同相的，但LO频率减输入频率的信号是异相的。这导致LO上侧的信号音相加，而下侧的信号音相消。没有任何滤波，我们便消除了其中一个信号音（或边带），产生的输出完全位于LO频率的一侧。　　在图4所示例子中，I信号比Q信号超前90°。如果变更配置使得Q信号比I信号超前90°，那么可以预期会有类似的相加和相消，但在这种情况下，所有信号将出现在LO的下侧。

图5. 信号音位置取决于I和Q的相位关系
　　

上面的图5显示了一个复数发射机的实验室测量结果。左边显示的是I比Q超前90°的测试案例，其导致输出信号音位于LO的上侧。图5右边显示了相反的关系，即Q比I超前90°，由此得到的输出信号音位于LO下侧。　　理论上应当可以让全部能量仅落在LO的一侧。然而，如图5中的实验室测量结果所示，在实践中完全相消是不可能发生的，有一些能量会留在LO的另一侧，这就是所谓镜像。还应注意，LO频率的能量也是存在的，称为LO泄漏或LOL。结果中还可以看到其他能量—这些是所需信号的谐波，本文不予以讨论。　　

为了完全消除镜像，I和Q混频器输出的幅度必须完全一致，而在LO镜像侧上彼此之间的相位恰好相差180°。如果不能满足上述相位和幅度要求，那么图4所示的相加/相消过程就会不太理想，镜像频率的能量仍会存在。