复数混频发射机原理与仿真_实数混频和复数混频-程序员宅基地

技术标签： 雷达  混频  复数混频  

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：

  1. 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；
  2. 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。

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