复数混频发射机原理与仿真
1、复数混频发射机原理
上图采用的是上变频复数混频的原理图。IQ链路有自己的混频支路,本振LO功分两路,两路的相位相差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。
若只输入I路信号x或者Q路信号x,那么输出只会产生LO频率±x的输出;另一路没有输入,输出为静音,最终结果为有信号的一路直接称为RF输出。乍一看没啥差异,其实上面两幅图中有一个相位差异在里面。
上图可以观察到:LO频率加输入频率的信号是同相的(上边带),但LO频率减输入频率的信号是异相的(下边带)。这样的好处是: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。
上图显示了一个复数发射机实验室测试结果.左边显示了I比Q超前90°,输出信号位于LO的上测,右图显示了相反的关系,Q比I超前90°,输出信号位于LO下侧.
缺陷:
- 现实实验中,完全相消是不存在的,会有一些能量留在LO的另一侧,这就是镜像;
- LO频率的能量也是存在的,即本振存在泄露(LO泄露);
要求:IQ混频器输出的幅度一致,在LO镜像侧上彼此的相位恰好差180°。
2、仿真
采样率fs:100MHz;
本振频率lo:10MHz;
输入信号:2MHz;
2.1、常规单混频仿真(单音)
fs = 100e6;
f_lo = 10e6;
f_in = 2e6;
B = 6e6; % 带宽
NFFT = 2000;
MFFT = 512;
t = 0:1/fs:1/fs*(NFFT-1);
Kr = B / ( 1/fs*NFFT );
phi1 = pi/2;
snr = 15;
freq_axix = 0:fs/NFFT:fs-fs/NFFT;
%% 双边带混频 实数混频
% fin 点频 + LO 点频
s_in = awgn(cos(2*pi*f_in*t ), snr);
s_lo = awgn(cos(2*pi*f_lo*t ), snr);s_mixer1 = s_in .* s_lo;
s_in_fft = fft(s_in);
s_lo_fft = fft(s_lo);
s_mixer1_fft = fft(s_mixer1);
figure;
subplot(3,1,1);plot(freq_axix(1:end/2)/1e6,db(s_in_fft(1:end/2)));title('subplot 1 : s_in','Interpreter','none');xlabel('MHz');ylabel('dB');
subplot(3,1,2);plot(freq_axix(1:end/2)/1e6,db(s_lo_fft(1:end/2)));title('subplot 2 : s_lo','Interpreter','none');xlabel('MHz');ylabel('dB');
subplot(3,1,3);plot(freq_axix(1:end/2)/1e6,db(s_mixer1_fft(1:end/2)));title('subplot 3 : mix','Interpreter','none');xlabel('MHz');ylabel('dB');
figure;
stft(s_mixer1,fs);title('混频后的 时-频相应');
% fin 扫频 + LO 点频
s_bw = awgn( cos(2*pi*f_in*t + pi*Kr*t.^2) , snr);
s_mixer2 = s_bw .* s_lo;f_in_fft = fft(f_in);
s_bw_fft = fft(s_bw);
s_lo_fft = fft(s_lo);
s_mixer2_fft = fft(s_mixer2);figure;
subplot(3,1,1);plot(freq_axix(1:end/2)/1e6,db(s_bw_fft(1:end/2)));title('信号 频谱');xlabel('MHz');ylabel('dB');
subplot(3,1,2);plot(freq_axix(1:end/2)/1e6,db(s_lo_fft(1:end/2)));title('本振 频谱');xlabel('MHz');ylabel('dB');
subplot(3,1,3);plot(freq_axix(1:end/2)/1e6,db(s_mixer2_fft(1:end/2)));title('混频之后的频谱');xlabel('MHz');ylabel('dB');
figure;
subplot(1,2,1);stft(s_bw,fs);title('混频前的 时-频相应');
subplot(1,2,2);stft(s_mixer2,fs);title('混频后的 时-频相应');
可以看到,输入信号为2MHz,本振信号为10MHz,常规的混频结果会出现上边带12MHz(10MHz+2MHz)和下边带8MHz(10MHz-2MHz)。
采用短时傅里叶变换后,发现出现一个正负频率,我们只看正频域,同样出现了上边带和下边带。
2.2、复数混频仿真(单音)
从图中可以看出,输入信号和本振分别是2MHz和10MHz,通过复数混频的方法可以抑制其中一个边带,右边两幅图展现了一个上边带一个下边带的结果。
同样,也可以通过短时傅里叶变换得到时频分析结果。
2.3、 宽带信号与单音本振混频
常规单混频:
产生宽带信号,带宽6MHz,起始频率2MHz,终止频率8MHz。
复数混频:
宽带和单音本振进行复混频,最后得到上边带或者下边带,而抑制不需要的边带信息。
乍一看,上边带和下边带带宽一致,只有载频的不同,其实从时-频相应上来看,上边带和下边带调频斜率正好相反。
好了,关于单混频 和 复数混频的介绍就到这,欢迎关注博主博客和公众号,一起交流。
代码下载:
MixerSimu.m-电信文档类资源-CSDN文库https://download.csdn.net/download/yanchuan23/53253869
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