一種基于AD8346正交調(diào)制的L波段收發(fā)信機的設計與實現(xiàn)

文｜高麗麗，馮雷，徐珩

一種基于AD8346正交調(diào)制的L波段收發(fā)信機的設計與實現(xiàn)

文｜高麗麗，馮雷，徐珩

電路復雜性、成本、消耗的功率和干擾隔離是設計收發(fā)信機的主要標準，隨著電子系統(tǒng)的發(fā)展，這些要求越來越高。

L波段收發(fā)信機可作為微波通信設備的無線傳輸設備，主要應用于可完成群路業(yè)務、工程勤務和網(wǎng)管數(shù)據(jù)點對點或點對多點等功能的無線視距傳輸。直接正交變頻能夠直接將基帶信號調(diào)制到射頻載頻并消除無用的邊帶信號，是一種最直接和最簡單的正交調(diào)制方式。其優(yōu)點是不需要中頻放大、濾波、變頻等電路，同時放寬了對變頻器后濾波器的性能要求，從而極大地減小了發(fā)射機的體積、重量、功耗和成本。直接正交變頻技術也存在很多缺點，如對直流偏移失真非常敏感，正交調(diào)制信號和正交本振信號相位和幅度的不平衡等，有可能導致嚴重的邊帶和本振泄露。

通過Altium Designer PCB設計軟件進行了實際電路的設計，并加工、電裝最終調(diào)試完成，得到了滿足任務要求的收發(fā)信機。

一、總體設計

本課題開展了基于AD8346正交調(diào)制的L波段收發(fā)信機的設計和研究工作，本著實用、可靠、簡單的設計原則，功能上具有可擴展性和兼容性。發(fā)信機把調(diào)制器送來的基帶信號直接調(diào)制到所需要的微波頻率，并將微波信號放大到一定的功率。收信機放大天線接收到的微弱信號，把微波信號下變頻到固定的中頻，濾除帶外干擾信號，它決定了系統(tǒng)的靈敏度和動態(tài)范圍。合理設計收發(fā)信機，可使本機的收發(fā)干擾最小。

圖1 總體方案框圖

系統(tǒng)組成主要由發(fā)信機、收信機、發(fā)本振、收本振、RSSI、控制電路組成，發(fā)信機采用直接正交變頻方案，收信機采用相位平衡式鏡頻抑制混頻器下變頻方案，總體方案框圖如圖1所示。

（一）發(fā)信機的設計與實現(xiàn)

發(fā)信機的原理框圖如圖2所示，其主要由差分放大器、I/Q正交調(diào)制器、數(shù)控衰減器、放大器組成。

圖2 發(fā)信機原理框圖

發(fā)信機輸入信號是來自調(diào)制器的兩路IQ基帶信號，輸出要求是射頻頻率1350MHz～1850 MHz,考慮到節(jié)約成本、簡化電路、降低功耗，選用的直接變頻方式，兩路基帶信號先通過差分放大器AD8132AR轉換為四路差分信號送入正交調(diào)制器AD8346進行射頻調(diào)制，然后射頻信號進入數(shù)控衰減器進行幅度調(diào)節(jié)，可以通過控制電路對數(shù)控衰減器進行0～31dB衰減量設置，最后經(jīng)過一級放大后輸出。

AD8346是由ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的高性能正交調(diào)制器，其頻率范圍是0.8～2.5GHz,他將90°移相器、乘法器、合成器集成在一塊硅片上，供電為2.7V～5.5V，調(diào)制帶寬為0～70MHz，單邊帶抑制范圍在1.9GHz達到-36dBc，。AD8346的原理框圖如下圖3所示。

圖3 AD8346的原理框圖

AD8346包括本振接口、混頻器、電壓到電流轉換器、差分到單端轉換器和偏置電路等部分。其中，本地振蕩接口部分通常接收來自LOIN、LOIP輸入端的外接差分輸入，也可由單端驅動。本地振蕩接口部分包括分相器和緩沖放大器。其中，分相器由電阻和電容回路構成，將輸入的LO本振信號分為正交的I、Q兩路振蕩信號，驅動兩個正交的混頻器。每個通路的信號通過緩沖放大器補償信號的幅頻衰落并分別通過一個單向網(wǎng)絡增強正交精確度。在正交混頻器中，一路振蕩信號和由IBBP、IBBN饋入的I通道信號相乘，另一路相差90°的振蕩信號和由QBBP、QBBN饋入的Q通道信號相乘。兩個正交混頻器的輸出則通過差分-單轉換器輸出阻抗50Ω。IBBP、IBBN、QBBP、QBBN的輸入則經(jīng)電壓至電流轉換器，將基帶的電壓信號轉換成電流，然后送入混頻器。

圖4 AD8346的基本接線圖

（二） 收信機的設計與實現(xiàn)

為了減少接收機的體積，盡量避免引入過多的頻率源，接收機采用行為平衡式鏡頻抑制混頻下變頻方案，將射頻頻率一次變頻至70MHz。電路主要包括抑鏡混頻器、中頻濾波器、前置中頻放大器及檢波電路等組成。設計時主要考慮鏡頻抑制、頻率組合干擾和增益的合理分配。

圖5 收信機的原理框圖

收信機主要采用的是相位平衡式鏡頻抑制混頻的變頻方式，射頻信號經(jīng)過90°功分器后分別在兩個2個混頻器射頻輸入端口產(chǎn)生兩個大小相等、相位相差90°的射頻信號，該信號與本振端口來的經(jīng)功率分配器平分的大小相等、相位相同的本振信號分別進入混頻器的兩個入口進行混頻，兩個混頻器分別輸出大小相近、相位正交的兩個中頻信號，這兩個正交中頻信號經(jīng)過一個3dB中頻正交耦合器，形成中頻輸出。中頻信號經(jīng)過開關由監(jiān)控程序根據(jù)收通道與發(fā)通道頻率大小比較選擇上邊帶或下邊帶輸出。輸出的中頻信號再經(jīng)過濾波、放大，經(jīng)分路器一路輸出為中頻信號，一路進入接收電平指示。

二、測試結果與分析

整機測試指標包括發(fā)通道輸出電平、收通道增益、收通道鏡像頻率抑制度。

測試需要準備的硬件環(huán)境包括：直流穩(wěn)壓電源、頻譜分析儀、信號發(fā)生器、監(jiān)控電路板、萬用表以及調(diào)試工具等。軟件環(huán)境包括：監(jiān)控程序，能夠熟練使用測試儀器。

經(jīng)過選擇不同頻點進行測試，各項指標滿足設計要求，以頻點1600MHz為例，測試數(shù)據(jù)記錄如下：

發(fā)通道輸出電平：0.5dBm

收通道增益：30dB

收通道鏡像頻率抑制度：17dBc

基于AD8346實現(xiàn)正交調(diào)制的收發(fā)信機具有小型化、成本低、電路簡單、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。發(fā)信機采用的正交直接變頻技術對幅度和相位失真比較敏感，如果處理不當，會引起邊帶與本振泄露。收信機鏡頻抑制電路對相位精確度要求很高，電路設計與電裝工藝都會對通信性能影響很大，需要謹慎處理。

作者單位：
高麗麗：中華通信系統(tǒng)有限責任公司河北分公司
馮雷：中國人民解放軍96275部隊
徐珩：中國人民解放軍91550部隊

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