正交解调IQ不平衡校正的研究与试验

陈阳

摘 要：针对正交解调器的IQ不平衡度，本文建立了正交解调器IQ不平衡的数学模型，通过数学模型推导了IQ不平衡校正的方法和流程，并使用matlab软件对校正算法的可行性进行了仿真，最后通过一个X波段正交解调器的实测数据，对校正算法的实际工作情况进行了验证。通过验证表明，该校正算法切实可行，对工程实际有一定的指导意义。

关键词：正交解调器；IQ不平衡度；校正算法；matlab仿真

正交解调接收方案，与中频接收方案相比，其具有系统架构简单、信号带宽减半等特点，因此在通信、雷达领域仍有大范围的应用，但是正交解調方案由于本振不正交度带来的IQ不平衡度极大地制约了正交解调方案的性能指标，核心是影响正交解调器输出的镜像抑制度。

正交解调不平衡度的校正方法有很多种，南京电子技术研究所的陆中行老师在他的文章《正交解调误差的校正》[1]一文中，采用频域FFT的方法对IQ不平衡度校正方法进行了论述；国防科技大学的袁俊泉等人采用统计平均的方案实现了IQ不平衡度的校正，详细见其文章《基于统计平均的正交解调误差校正新方法》[2]。

本文通过一个X波段正交解调器的实测数据，采用频域FFT的方法，实现了正交解调器IQ不平衡度的校正，经过实测数据的对比表明，该校正方法切实可行。

IQ不平衡度的描述

为方便分析，假设输入正交解调器的信号为一幅度为 ， 频率为的连续波信号，通过理想正交解调器后， 其同相分量I与正交分量Q 分别如式（1）和（2）所示：

为了分析方便， 假设I路只存在直流偏置误差， 而Q 路同时存在直流偏置误差、幅度误差与相位误差，分别如式（3）和（4）所示：

输出IQ信号的复信号形式表述见式（5）所示：

由幅相不平衡造成的镜像信号与主信号的比为：

镜像抑制度与幅度、相位不平衡度的对应关系如图1所示。

由图1可见，要达到40dB的镜像抑制度，正交解调器的幅度和相位不平衡度分别要优于0.1dB和1°，这对X波段正交解调器来说，几乎是一个不可达到的指标，为达到更高的镜像抑制度指标，必须进行正交解调误差的校正。

IQ不平衡度的校正

接收系统工作前，通过在正交解调器输入端加入测试信号，根据测试信号，计算出校正系数di、dq、K、sinθ和cosθ；雷达正常工作时，按照IQ幅度相位不平衡度校正流程，代入校正系数，即可对正交解调后的IQ信号的幅度和相位误差进行校正。

采用频域fft的方法获得校正系数，其基本原理如下：

根据上述三个值，联立方程组即可求解出各个校正系数di、dq、K、sinθ和cosθ。

经过校正后的IQ的镜像抑制和直流偏置抑制均可达到60dB以上，但是受模拟正交解调通道幅度、相位稳定度的限制。

工程设计时，模拟正交解调通道需要采取恒温措施，保证正交解调器的稳定性。

校正算法的仿真

根据IQ不平衡度校正的原理，编写matlab仿真程序，模拟一个载频为300k，幅度不平衡度0.4dB，相位不平衡度4°的IQ信号。

IQ不平衡度校正前的信号频谱如下图3所示。

IQ不平衡度校正后的信号频谱如下图4所示。

由仿真结果可见，校正后，镜像抑制度由原来的25dBc提高到56dBc。

实测数据的验证

使用正交解调器实测数据，对该校正算法的实际效果进行验证，校正前后IQ不平衡度校正前的信号频谱如图5、图6所示。

结语

根据实测数据，校正前，IQ信号的镜像抑制度为37dB，直流抑制度36dBc；校正后，IQ信号的镜像抑制度为90dBc，改善53dB；直流抑制度71dBc，改善35dBc。

实验数据表明，该校正算法切实可行，对开展工程设计具有一定指导意义。

（作者单位：中国电子科技集团公司第三十八研究所）

【参考文献】

[1]陆中行.正交解调误差的校正[J].现代雷达，1994（08）.

[2]袁俊泉，周亚强，皇甫堪.基于统计平均的正交解调误差校正新方法[J].系统工程与电子技术，2005（07）.