一种基于AD8346正交调制的L波段收发信机的设计与实现

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电路复杂性、成本、消耗的功率和干扰隔离是设计收发信机的主要标准，随着电子系统的发展，这些要求越来越高。

L波段收发信机可作为微波通信设备的无线传输设备，主要应用于可完成群路业务、工程勤务和网管数据点对点或点对多点等功能的无线视距传输。直接正交变频能够直接将基带信号调制到射频载频并消除无用的边带信号，是一种最直接和最简单的正交调制方式。其优点是不需要中频放大、滤波、变频等电路，同时放宽了对变频器后滤波器的性能要求，从而极大地减小了发射机的体积、重量、功耗和成本。直接正交变频技术也存在很多缺点，如对直流偏移失真非常敏感，正交调制信号和正交本振信号相位和幅度的不平衡等，有可能导致严重的边带和本振泄露。

通过Altium Designer PCB设计软件进行了实际电路的设计，并加工、电装最终调试完成，得到了满足任务要求的收发信机。

一、总体设计

本课题开展了基于ad8346正交调制的L波段收发信机的设计和研究工作，本着实用、可靠、简单的设计原则，功能上具有可扩展性和兼容性。发信机把调制器送来的基带信号直接调制到所需要的微波频率，并将微波信号放大到一定的功率。收信机放大天线接收到的微弱信号，把微波信号下变频到固定的中频，滤除带外干扰信号，它决定了系统的灵敏度和动态范围。合理设计收发信机，可使本机的收发干扰最小。

系统组成主要由发信机、收信机、发本振、收本振、RSSI、控制电路组成，发信机采用直接正交变频方案，收信机采用相位平衡式镜频抑制混频器下变频方案，总体方案框图如图1所示。

（一）发信机的设计与实现

发信机的原理框图如图2所示，其主要由差分放大器、I/Q正交调制器、数控衰减器、放大器组成。

发信机输入信号是来自调制器的两路IQ基带信号，输出要求是射频频率1350MHz～1850 MHz，考虑到节约成本、简化电路、降低功耗，选用的直接变频方式，两路基带信号先通过差分放大器AD8132AR转换为四路差分信号送入正交调制器AD8346进行射频调制，然后射频信号进入数控衰减器进行幅度调节，可以通过控制电路对数控衰减器进行0～31dB衰减量设置，最后经过一级放大后输出。

AD8346是由ANALOG DEVICES公司生产的高性能正交调制器，其频率范围是0.8～2.5GHz，他将90°移相器、乘法器、合成器集成在一块硅片上，供电为2.7V～5.5V，调制带宽为0～70MHz，单边带抑制范围在1.9G H z达到-36d B c，。AD8346的原理框图如下图3所示。

AD8346包括本振接口、混频器、电压到电流转换器、差分到单端转换器和偏置电路等部分。其中，本地振荡接口部分通常接收来自LOIN、LOIP输入端的外接差分输入，也可由单端驱动。本地振荡接口部分包括分相器和缓冲放大器。其中，分相器由电阻和电容回路构成，将输入的LO本振信号分为正交的I、Q两路振荡信号，驱动两个正交的混频器。每个通路的信号通过缓冲放大器补偿信号的幅频衰落并分别通过一个单向网络增强正交精确度。在正交混频器中，一路振荡信号和由IBBP、IBBN馈入的I通道信号相乘，另一路相差90°的振荡信号和由QBBP、QBBN馈入的Q通道信号相乘。两个正交混频器的输出则通过差分-单转换器输出阻抗50Ω。IBBP、IBBN、QBBP、QBBN的输入则经电压至电流转换器，将基带的电压信号转换成电流，然后送入混频器。

（二） 收信机的设计与实现

为了减少接收机的体积，尽量避免引入过多的频率源，接收机采用行为平衡式镜频抑制混频下变频方案，将射频频率一次变频至70MHz。电路主要包括抑镜混频器、中频滤波器、前置中频放大器及检波电路等组成。设计时主要考虑镜频抑制、频率组合干扰和增益的合理分配。

收信C主要采用的是相位平衡式镜频抑制混频的变频方式，射频信号经过90°功分器后分别在两个2个混频器射频输入端口产生两个大小相等、相位相差90°的射频信号，该信号与本振端口来的经功率分配器平分的大小相等、相位相同的本振信号分别进入混频器的两个入口进行混频，两个混频器分别输出大小相近、相位正交的两个中频信号，这两个正交中频信号经过一个3dB中频正交耦合器，形成中频输出。中频信号经过开关由监控程序根据收通道与发通道频率大小比较选择上边带或下边带输出。输出的中频信号再经过滤波、放大，经分路器一路输出为中频信号，一路进入接收电平指示。

二、测试结果与分析

整机测试指标包括发通道输出电平、收通道增益、收通道镜像频率抑制度。

测试需要准备的硬件环境包括：直流稳压电源、频谱分析仪、信号发生器、监控电路板、万用表以及调试工具等。软件环境包括：监控程序，能够熟练使用测试仪器。

经过选择不同频点进行测试，各项指标满足设计要求，以频点1600MHz为例，测试数据记录如下：

发通道输出电平：0.5dBm

收通道增益：30dB

收通道镜像频率抑制度：17dBc

基于AD8346实现正交调制的收发信机具有小型化、成本低、电路简单、性能稳定的优点。发信机采用的正交直接变频技术对幅度和相位失真比较敏感，如果处理不当，会引起边带与本振泄露。收信机镜频抑制电路对相位精确度要求很高，电路设计与电装工艺都会对通信性能影响很大，需要谨慎处理。