CN217332718U - 一种毫米波本振泄漏校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种毫米波本振泄漏校准装置，它包括毫米波发射电路和本振泄漏校准电路；所述本振泄漏校准电路包括毫米波信号检波电路、信号转换处理电路和校准补偿输出电路；所述毫米波发射电路与所述毫米波信号检波电路的输入端连接，所述毫米波信号检波电路的输出端与所述信号转换处理电路的输入端连接，所述信号转换处理电路的输出端与所述校准补偿输出电路的输入端连接，所述校准补偿输出电路的输出端与所述毫米波发射电路连接。本实用新型采用包络检波器、功率检测器和低速的ADC代替传统的下变频器和高速的ADC芯片，大大降低的零中频本振泄漏校准的硬件成本，在毫米波大带宽中具有一定的应用优势。

Description

一种毫米波本振泄漏校准装置

技术领域

本实用新型涉及毫米波通信技术领域，尤其涉及一种毫米波本振泄漏校准装置。

背景技术

目前毫米波通信***在往大带宽、大容量方向不断发展和演进，通信***架构主要分为零中频架构和超外差架构；其中，超外差架构***复杂，且需要大量的滤波器滤除杂散和边带信号，而零中频架构的发射机结构简单，但是零中频架构的发射机存在本振泄漏的致命缺陷和恶化通信质量的问题；而传统的通信***本振泄漏校准是通过耦合回路、下变频器和高速的ADC到信号处理单元完成校准，但是这种方式在毫米波领域的成本高，***复杂且需要高速的ADC变换器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种毫米波本振泄漏校准装置，解决了传统的通信***本振泄漏校准存在的问题。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种毫米波本振泄漏校准装置，它包括毫米波发射电路和本振泄漏校准电路；所述本振泄漏校准电路包括毫米波信号检波电路、信号转换处理电路和校准补偿输出电路；所述毫米波发射电路与所述毫米波信号检波电路的输入端连接，所述毫米波信号检波电路的输出端与所述信号转换处理电路的输入端连接，所述信号转换处理电路的输出端与所述校准补偿输出电路的输入端连接，所述校准补偿输出电路的输出端与所述毫米波发射电路连接。

所述毫米波发射电路包括毫米波变频放大电路、毫米波信号耦合电路、毫米波功率放大电路和天线模块；所述毫米波变频放大电路的输出端与所述毫米波信号耦合电路的输入端连接，毫米波信号耦合电路的输出端与所述毫米波功率放大电路的输入端连接，毫米波功率放大电路的输出端与所述天线模块连接；所述校准补偿输出电路的输出端与所述毫米波变频放大电路连接，所述毫米波信号耦合电路的输出端与所述毫米波信号检波电路的输入端连接。

所述毫米波变频放大电路包括Bias-Tee模块、混频器和放大器；I/Q信号输入到所述 Bias-Tee模块，Bias-Tee模块分别输出I路信号和Q路信号到所述混频器的输入端，混频器的输出端与所述放大器的输入端连接，放大器的输出端与所述毫米波信号耦合电路的输入端连接。

所述毫米波信号检波电路包括包络检波器和功率检测器；所述毫米波信号耦合电路的输出端与所述包络检波器的输入端连接，所述包络检波器的输出端与所述功率检测器的输入端连接。

所述信号转换处理电路包括低速ADC和MCU；所述功率检测器的输出端与所述低速ADC的输入端连接，低速ADC的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MCU的输出端与所述校准补偿输出电路的输入端连接。

所述毫米波信号耦合电路包括无源耦合器，所述无源耦合器的输出端与所述天线模块和包络检波器连接；所述校准补偿输出电路包括低速DAC，低速DAC的输出端与所述Bias-Tee 模块连接。

本实用新型具有以下优点：一种毫米波本振泄漏校准装置，采用低成本的包络检波器、功率检测器和低速的ADC代替传统的下变频器和高速的ADC芯片，大大降低的零中频本振泄漏校准的硬件成本，在毫米波大带宽中具有一定的应用优势。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为毫米波本振泄漏校准之前信号频谱图；

图3为毫米波本振泄漏校准之后信号频谱图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示，本实用新型针对毫米波通信零中频架构存在的缺陷和传统校准方法在毫米波里面成本过高问题，提出了一种低成本的毫米波本振泄漏校准装置，根据毫米波零中频架构本振泄漏越大，包络检波器输出信号越大的原理，实现了一种毫米波本振泄漏校准装置。

其具体包括毫米波发射电路和本振泄漏校准电路；其中，毫米波发射电路，包括毫米波变频放大电路、毫米波信号耦合电路、毫米波功率放大电路和天线模块。

进一步地，毫米波变频放大电路由Bias-Tee模块(偏置器)，混频器电路和放大电路(Driver AMP)组成；毫米波信号耦合电路由一个无源耦合器组成，用于采集毫米波信号。

I/Q信号首先输入到Bias-Tee模块，然后输出到混频器输入端，经过和本振信号相乘，频谱被搬移到毫米波频段；混频器的输出经过Driver AMP输入到耦合器；通过耦合器分成两路，一路信号输入到PA，进行信号放大，通过天线发射出去；另一路送往本振泄漏校准电路；

其中，Bias-Tee模块输入端接I/Q基带信号，偏置端接低速DAC输出DAC_I和DAC_Q信号，其作用是把I/Q基带信号和DAC_I/DAC_Q本振泄漏校准信号合成一路输出；混频器模块输入端接Bias-Tee模块输出，其作用是把Bias-Tee输出I/Q基带信号调制到射频，起频谱搬移的作用；放大器(Driver AMP)模块输入端接混频器模块合路的输出，其作用是对输入信号进行放大的作用；耦合器输入端连接放大器(Driver AMP)模块的输出，耦合端接包络检波器的输入，其作用是耦合部分能量来自输入端的信号，用于本振泄漏信息的提取；功率放大器PA模块输入端接耦合器模块的输出，其作用是对输入信号进行功率放大的作用；天线模块输入端接功率放大器PA模块的输出，其作用是对输入信号进行电能到磁能的装换装置，完成信号的发射；

进一步地，本振泄漏校准电路包络毫米波信号检波电路、信号转换处理电路和校准补偿输出电路；毫米波信号检波电路用于毫米波信号包络信息提取、放大和功率电压转换(P/V)，由包络检波器和功率检测器组成；信号转换处理电路由低速ADC和MCU组成，低速ADC 模块的作用是把由包络信息转换而来的电压数字化，MCU的作用处理ADC的信号，判定本振泄漏是否达到目标值，输出误差值；所述校准补偿输出电路主要由低速的DAC组成，作用是把校准误差值装换成模拟电压量，输出到Bias-Tee模块。

其中，耦合器输入端连接放大器(Driver AMP)模块的输出，耦合端接包络检波器的输入，其作用是耦合部分能量来自输入端的信号，用于本振泄漏信息的提取；包络检波器输入端连接耦合器的耦合端，其作用是提取输入信号的包络信息；功率检测器输入端连接包络检波器的输出，其作用是把输入信号进行P/V转换，功率检测器输出电压正比于输入功率的大小；低速ADC输入端连接功率检测器输出，其作用是把功率检测器输出电压数字化，送往 MCU；MCU根据低速ADC输入与目标值对比，改变DAC_I和DAC_Q的控制字；从而达到校准***本振泄漏的目的；低速DAC输入端连接MCU，输出端连接Bias-Tee模块，其作用是把MCU输出DAC_I和DAC_Q控制字转换成模拟量；

毫米波零中频发射机本振泄漏校准装置通过耦合器耦合毫米波信号进入包络检波器，提取信号包络信息，再经过功率检测器进行P/V转换，最终得到和本振泄漏大小相关的电压，电压信号经过低速的ADC数字化，送到MCU，MCU处理之后和目标值对比，根据误差大小调整低速DAC输出电压大小，这里包括DAC_I和DAC_Q的值；通过不断采集低速ADC 输出值和目标值对比，来优化DAC_I和DAC_Q的值最终实现***本振泄漏的校准。

毫米波零中频发射机本振泄漏进行校准，校准之前输出本振泄漏抑制比为-18dBc校准之后，校准之后本振泄漏抑制比小于-40dBc。

进一步地，本实用新型的校准过程如下：

这里I路信号为：sin(ω_IFt)；Q路信号为：cos(ω_IFt)；

sin(ω_LOt)泄漏到B节点的信号大小为：ΔG₁ sin(ω_LOt)；

cos(ω_LOt)泄漏到B节点的信号大小为：ΔG₂ cos(ω_LOt)；

B节点信号为：

y_b＝Gsin(ω_IFt)sin(ω_LOt)+Gcos(ω_IFt)cos(ω_LOt)+ΔG₁ sin(ω_LOt)+ΔG₂cos(ω_LOt)

B节点信号为：y_b＝Gcos[(ω_LO-ω_IF)t]+ΔG₁ sin(ω_LOt)+ΔG₂ cos(ω_LOt)

本振泄漏ΔG₁sin(ω_LOt)和ΔG₂ cos(ω_LOt)导致B节点信号为非恒包络信号；MCU通过采集包络检波器的信息，设置DAC的值，这里：

I路信号变为：DAC_I+sin(ω_IFt)

Q路信号变为：DAC_Q+cos(ω_IFt)

B节点信号变为：

y_b＝Gcos[(ω_RF-ω_IF)t]+[ΔG₁+G*DAC_I]sin(ω_LOt)+[ΔG₂+G*DAC_Q]cos(ω_LOt)

设置DAC_I的值为：

设置DAC_Q的值为：

式中ε_I、ε_Q为DAC转换器分辨率产生的误差，

校准之后的信号变为：

y_b＝Gcos[(ω_LO-ω_IF)t]+[G*ε_I]sin(ω_LOt)+[G*ε_Q]cos(ω_LOt)

这里：G*ε_I＜＜ΔG₁

这里：G*ε_Q＜＜ΔG₂

B节点本振泄漏远远低于初始值。

如图2和图3所示，校准之前B节点频谱示意图：本振频点ω_LO功率很大，校准之后B节点频谱示意图：本振频点ω_LO功率比较小，远远小于校准之前ω_LO处信号功率的大小。

本实用新型的工作过程为：本振泄漏校准开始，MCU初始化DAC的值，这里包括DAC_I 和DAC_Q的值，设置校准目标值(target value)，然后通过读取ADC的值，根据从ADC读到的值和target value做比较，判断ADC的值是否小于target value，如果ADC的值大于target value，则调整DAC的值，这里包括DAC_I和DAC_Q的值，再读取ADC的值与targetvalue 做比较，如此往复，当ADC的值小于等于target_value，结束本振泄漏校准流程。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种毫米波本振泄漏校准装置，其特征在于：它包括毫米波发射电路和本振泄漏校准电路；所述本振泄漏校准电路包括毫米波信号检波电路、信号转换处理电路和校准补偿输出电路；所述毫米波发射电路与所述毫米波信号检波电路的输入端连接，所述毫米波信号检波电路的输出端与所述信号转换处理电路的输入端连接，所述信号转换处理电路的输出端与所述校准补偿输出电路的输入端连接，所述校准补偿输出电路的输出端与所述毫米波发射电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波本振泄漏校准装置，其特征在于：所述毫米波发射电路包括毫米波变频放大电路、毫米波信号耦合电路、毫米波功率放大电路和天线模块；所述毫米波变频放大电路的输出端与所述毫米波信号耦合电路的输入端连接，毫米波信号耦合电路的输出端与所述毫米波功率放大电路的输入端连接，毫米波功率放大电路的输出端与所述天线模块连接；所述校准补偿输出电路的输出端与所述毫米波变频放大电路连接，所述毫米波信号耦合电路的输出端与所述毫米波信号检波电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种毫米波本振泄漏校准装置，其特征在于：所述毫米波变频放大电路包括Bias-Tee模块、混频器和放大器；I/Q信号输入到所述Bias-Tee模块，Bias-Tee模块分别输出I路信号和Q路信号到所述混频器的输入端，混频器的输出端与所述放大器的输入端连接，放大器的输出端与所述毫米波信号耦合电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种毫米波本振泄漏校准装置，其特征在于：所述毫米波信号检波电路包括包络检波器和功率检测器；所述毫米波信号耦合电路的输出端与所述包络检波器的输入端连接，所述包络检波器的输出端与所述功率检测器的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种毫米波本振泄漏校准装置，其特征在于：所述信号转换处理电路包括低速ADC和MCU；所述功率检测器的输出端与所述低速ADC的输入端连接，低速ADC的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MCU的输出端与所述校准补偿输出电路的输入端连接。

6.根据权利要求4所述的一种毫米波本振泄漏校准装置，其特征在于：所述毫米波信号耦合电路包括无源耦合器，所述无源耦合器的输出端与所述天线模块和包络检波器连接；所述校准补偿输出电路包括低速DAC，低速DAC的输出端与所述Bias-Tee模块连接。

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