RF測試筆記是業界一線工程師們通過理論和實踐相結合的方式介紹射頻微波測試技術的專欄，主要涵蓋噪聲系數、數字調制、矢網、頻譜分析、脈沖信號等內容。

在前面關于數字調制的文章中分別介紹了IQ 調制的基本理論及調制解調的數學解析及圖解過程（數字調制系列：如何理解IQ ？、數字調制系列：IQ基本理論、數字調制系列：IQ調制及解調簡述），闡述了常見的數字調制方式，并解釋了為什么經過IQ 調制器之后帶寬會翻倍的原因。本文將著重介紹模擬IQ 調制器的特性，為后面的IQ 調制性能驗證測試作準備。

模擬IQ 調制器包含Mixer，在上變頻的過程中，勢必會產生鏡頻產物。當輸出無頻偏信號時，即信號中心頻率與調制器的LO 信號頻率相同時，相當于采用的是Zero-IF 機制，鏡頻產物與信號本身不可分割，即使通過濾波器也無法濾除鏡頻。慶幸的是，采用IQ調制及解調器，即使存在鏡頻產物，依然可以恢復出原始的IQ信號。這也是為什么模擬IQ 調制器之后不需要鏡頻抑制濾波器的原因。

由于這種正交架構，IQ 調制器本身是具有一定鏡頻抑制能力的，但是只有在輸出具有一定頻偏的信號時，即信號中心頻率與LO 信號頻率不同時，才能體現出鏡頻抑制特性。下面將通過一些特殊的基帶IQ 信號進行解析分析，闡述影響鏡頻抑制特性的因素，及如何改善鏡頻抑制特性。

1. IQ 信號幅度平衡性對鏡頻抑制的影響

IQ信號幅度不平衡（即幅度不同），要么是輸入至調制器的I 和Q 信號的幅度不平衡，要么是調制器具有一定的增益不平衡（即I 和Q 兩路的增益不同），這些都會影響對鏡頻的抑制能力。

令i（t）=Acoswbt，q（t）=sinwbt，則經過IQ調制輸出的射頻信號s（t）為

s（t）=Acoswbt· coswct - sinwbt · sinwct

積化和差得

s（t）=0.5（A+1）cos（wc+wb）t + 0.5（A-1）cos（wc-wb）t

當A=1時，射頻信號中只有上邊帶（wc+wb）分量；

當A=-1時，射頻信號中只有下邊帶（wc-wb）分量；

當A≠±1時，射頻信號中同時包含上邊帶（wc+wb）和下邊帶（wc-wb）兩個分量。

以上通過解析方式介紹了IQ 調制器的鏡頻抑制特性，其實通過圖解方法也可以清晰簡便地進行說明。下面考慮A=1的情況，圖1 給出了載波信號的傅里葉變換，這是雙邊帶頻譜，基帶信號經過IQ 調制器實現了頻譜的搬移，圖2分別給出了調制器兩個支路上的頻譜變換情況，最終經過合路器合路后，下邊帶分量相互抵消，只剩下上邊帶分量。

圖1. 載波信號的傅里葉變換（雙邊帶頻譜）

圖2. IQ 調制過程頻譜變換示意圖

當A≠±1時，射頻信號中同時包含上下邊帶，定義邊帶抑制比為：20lg│A+1│/│A-1│ （dB）。

如何改善鏡頻抑制能力呢？

IQ 調制器兩個支路的增益不平衡特性已經無法調整，但是可以在基帶側通過調整I 和Q 兩路波形的幅度大小改善鏡頻抑制。矢量信號發生器VSG及任意波信號發生器AWG均提供了IQ Gain Imbalance調整參數，對其進行微調即可改善鏡頻抑制。

2. IQ 正交性對鏡頻抑制的影響

正交性包括兩個方面：（1） 基帶信號I 和Q 之間的正交性；（2） IQ 調制器兩個Mixer 的LO 信號之間的正交性。如果正交性不好，當產生無頻偏的數字調制信號時會帶來調制和解調的誤差（EVM、BER 惡化），另一方面在產生單邊帶信號時，會惡化鏡頻抑制特性。

令i（t）=cos（wbt+?），q（t）=sinwbt，則IQ 調制器輸出的射頻信號為

s（t）=cos（wbt+?）· coswct - sinwbt · sinwct

積化和差得

s（t）=0.5（1+cos?）·cos（wc+wb）t-0.5sin?·sin（wc+wb）t-0.5（1-cos?）·cos（wc-wb）t+0.5sin?·sin（wc-wb）t

對于（wc+wb）分量，令a=0.5（1+cos?），b=0.5sin?，則取θ滿足如下關系：

cosθ=a/√（ a2+b2），sinθ=b/√（ a2+b2）

類似地，對于（wc-wb）分量，令c=0.5（1-cos?），b=0.5sin?，則取θ1滿足如下關系：

cosθ1=c/√（c2+b2），sinθ1=b/√（c2+b2）

以上公式代入s（t），最終可得

s（t）=0.707√（1+cos?）·cos［（wc+wb）t+θ］+0.707√（1-cos?）·cos［（wc-wb）t-θ1］

由正交誤差?造成的鏡頻抑制度為：10lg（1+cos?）/（1-cos?） （dB）。

以上是從基帶I 和Q 信號的正交性著手分析對鏡頻抑制特性的影響，如果基帶信號理想正交，而IQ 調制器兩個Mixer 的LO 正交性不好，整個推導過程是類似的，此處不再贅述。當然，IQ 調制器的特性已經固定，只能通過調整基帶信號的正交性改善鏡頻抑制能力。

3. IQ 調制器的載波抑制特性

IQ 調制器除了可以抑制鏡頻外，在數字調制過程中還可以抑制載波。理論上，只要模擬I 和Q 信號中沒有DC 分量，而且IQ 調制器是理想的，那么輸出的射頻寬帶信號中將沒有載波。但是實際產生的寬帶信號總是具有一定的載波泄露，來源于兩部分：（1） IQ 信號中包含一定的DC 分量；（2） IQ 調制器中Mixer 的LO 泄露。

對于數字調制信號而言，載波泄露是一種帶內干擾，如果載波分量較強，將直接影響整個系統的通信質量。因此，要盡量降低載波泄露。通常在基帶側微調I Offset 或者Q Offset 來改善載波抑制特性，這相當于引入DC 分量，如果設置的DC 的量和極性合適，I 和Q 兩路引起的載波泄露將相互抵消，甚至可以抵消Mixer 的LO 泄露帶來的影響。

以上介紹了IQ 調制器的鏡頻抑制及載波抑制特性，這些都是IQ 調制器固有的特性，也是性能驗證測試中必測的項目。此外，IQ 調制器還有幅頻響應、三階交調等參數，這些也都是需要測試的。不同的測試項目需要不同的測試設備和測試方法，這將是后面要介紹的內容……
責任編輯:pj