正交解調IQ不平衡校正的研究與試驗

陳陽

摘 要：針對正交解調器的IQ不平衡度，本文建立了正交解調器IQ不平衡的數學模型，通過數學模型推導了IQ不平衡校正的方法和流程，并使用matlab軟件對校正算法的可行性進行了仿真，最后通過一個X波段正交解調器的實測數據，對校正算法的實際工作情況進行了驗證。通過驗證表明，該校正算法切實可行，對工程實際有一定的指導意義。

關鍵詞：正交解調器；IQ不平衡度；校正算法；matlab仿真

正交解調接收方案，與中頻接收方案相比，其具有系統架構簡單、信號帶寬減半等特點，因此在通信、雷達領域仍有大范圍的應用，但是正交解調方案由于本振不正交度帶來的IQ不平衡度極大地制約了正交解調方案的性能指標，核心是影響正交解調器輸出的鏡像抑制度。

正交解調不平衡度的校正方法有很多種，南京電子技術研究所的陸中行老師在他的文章《正交解調誤差的校正》[1]一文中，采用頻域FFT的方法對IQ不平衡度校正方法進行了論述；國防科技大學的袁俊泉等人采用統計平均的方案實現了IQ不平衡度的校正，詳細見其文章《基于統計平均的正交解調誤差校正新方法》[2]。

本文通過一個X波段正交解調器的實測數據，采用頻域FFT的方法，實現了正交解調器IQ不平衡度的校正，經過實測數據的對比表明，該校正方法切實可行。

IQ不平衡度的描述

為方便分析，假設輸入正交解調器的信號為一幅度為 ， 頻率為的連續波信號，通過理想正交解調器后， 其同相分量I與正交分量Q 分別如式（1）和（2）所示：

為了分析方便， 假設I路只存在直流偏置誤差， 而Q 路同時存在直流偏置誤差、幅度誤差與相位誤差，分別如式（3）和（4）所示：

輸出IQ信號的復信號形式表述見式（5）所示：

由幅相不平衡造成的鏡像信號與主信號的比為：

鏡像抑制度與幅度、相位不平衡度的對應關系如圖1所示。

由圖1可見，要達到40dB的鏡像抑制度，正交解調器的幅度和相位不平衡度分別要優于0.1dB和1°，這對X波段正交解調器來說，幾乎是一個不可達到的指標，為達到更高的鏡像抑制度指標，必須進行正交解調誤差的校正。

IQ不平衡度的校正

接收系統工作前，通過在正交解調器輸入端加入測試信號，根據測試信號，計算出校正系數di、dq、K、sinθ和cosθ；雷達正常工作時，按照IQ幅度相位不平衡度校正流程，代入校正系數，即可對正交解調后的IQ信號的幅度和相位誤差進行校正。

采用頻域fft的方法獲得校正系數，其基本原理如下：

根據上述三個值，聯立方程組即可求解出各個校正系數di、dq、K、sinθ和cosθ。

經過校正后的IQ的鏡像抑制和直流偏置抑制均可達到60dB以上，但是受模擬正交解調通道幅度、相位穩定度的限制。

工程設計時，模擬正交解調通道需要采取恒溫措施，保證正交解調器的穩定性。

校正算法的仿真

根據IQ不平衡度校正的原理，編寫matlab仿真程序，模擬一個載頻為300k，幅度不平衡度0.4dB，相位不平衡度4°的IQ信號。

IQ不平衡度校正前的信號頻譜如下圖3所示。

IQ不平衡度校正后的信號頻譜如下圖4所示。

由仿真結果可見，校正后，鏡像抑制度由原來的25dBc提高到56dBc。

實測數據的驗證

使用正交解調器實測數據，對該校正算法的實際效果進行驗證，校正前后IQ不平衡度校正前的信號頻譜如圖5、圖6所示。

結語

根據實測數據，校正前，IQ信號的鏡像抑制度為37dB，直流抑制度36dBc；校正后，IQ信號的鏡像抑制度為90dBc，改善53dB；直流抑制度71dBc，改善35dBc。

實驗數據表明，該校正算法切實可行，對開展工程設計具有一定指導意義。

（作者單位：中國電子科技集團公司第三十八研究所）

【參考文獻】

[1]陸中行.正交解調誤差的校正[J].現代雷達，1994（08）.

[2]袁俊泉，周亞強，皇甫堪.基于統計平均的正交解調誤差校正新方法[J].系統工程與電子技術，2005（07）.