Моделирование фазового метода подавления зеркального канала приема

В работе была показана алгоритмическая возможность подавления зеркального канала приема фазовым методом, приведены основные выходные параметры схем, реализующих данный метод, приведена математическая модель, позволяющая оценить избирательность как функцию от дисбаланса фаз и амплитуд плечей схемы, проведено математическое и системотехническое моделирование. Результаты различных способов моделирования совпадают, что свидетельствует о верности математической модели и подтверждает техническую возможность реализации фазового метода подавления зеркального канала. На основе данной модели возможно обеспечение высокого уровня подавления (не менее 40 дБ) зеркального канала путем амплитудной и фазовой компенсации квадратурных плечей схемы. Приведена зависимость уровня шумов на выходе схемы фазового подавления зеркального канала как функции от частотных характеристик ее элементов. Результаты настоящей работы могут быть использованы при дальнейшей практической реализации представленного метода на этапе выбора элементов на основе анализа их характеристик. По приведенным математическим моделям и характеристикам выбранных элементов, для практической реализации схемы, можно оценить уровень подавления зеркального канала, уровень шумов на выходе схемы фазового подавления зеркального канала и отношение сигнал-помеха. На практическом примере реализации рассматриваемого метода показано влияние широкополосности фазовращателей на уровень шумов. Показано, что обеспечение высокого уровня избирательности с целью минимизации уровня шумов зеркального канала целесообразно только до некоторых значений (около 25 дБ). Дальнейшее улучшение избирательности, например, минимизацией фазового и амплитудного балансов, или взаимная компенсация дисбалансов плечей смесителя и фазовращателя необходима при наличии требований к увеличению отношения сигнал-помеха. Показано, что при амплитудном дисбалансе схемы до 1 дБ и фазовом дисбалансе до 5 град. в требуемой частотной полосе, возможно обеспечение избирательности до 25 дБ и снижение уровня шумов на 2.5-3 дБ.

1. Haruoka M., Utsurogi Y., Matsuoka T., Taniguchi K. A Dual-band Image-reject Mixer for GPS with 64dB Image Rejection. In: IEEE Topical Conference on Wireless Communication Technology, Oct. 2003. P. 168-169. https://doi.org/10.1109/WCT.2003.1321472

2. Haruoka M., Utsurogi Y., Matsuoka T., Taniguchi K. A. Study on the LO Phase Error Compensation of GPS Dual-Band Image-Reject Mixer. IEICE Trans. Electron. 2003;J86-C(11):1177-1183. https://doi.org/10.1002/ecjb.20061.

3. Kazuhiro N., Hiroyuki M., Masaomi T., Kenji K., Moriyasu M., Yoji. I.A Planar Image Rejection Mixer with 135/45 deg Power Dividers. In: IEEE MTT-S International Microwave Symposium. June 2007. P. 1401-1404. https://doi.org/10.1109/MWSYM.2007.380493.

4. Harvey J. C, Harjani R. An Integrated Quadrature Mixer with Improved Image Rejection at Low Voltage. In: Proc. 14th International Conference on VLSI Design (VLSI DESIGN 2001). 2001. P. 269-273. https://doi.org/10.1109/ICVD.2001.902672.

5. Harvey J. C. Harjani R. Analysis and design of an integrated quadrature mixer with improved noise, gain and image rejection. In: Proc. IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2001. V. 4. P. 786-789. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2001.922355

6. Darabi H., Abidi A.A. Noise in RF-CMOS mixers: a simple physical model. IEEE J. Solid-State Circuits. 2000;35(1):15-25. https://doi.org/10.1109/4.818916.

7. Carrera A., Rohmer G. Novel Design Methodology for Low-power Image-reject Mixers. In: Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems. 05 March 2007. P. 261-264. https://doi.org/10.1109/SMIC.2007.322808.

8. Fang J.S., Bellaouar A., Li S.T., Allstot D.J. An image-rejection down-converter for low-IF receivers. IEEE Microw. T. Theory. 2005;53(2):478-487. https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.840759.

9. Cetin E., Topcu S., Kale I. Design and low-power implementation of an adaptive image rejection receiver. In: Proc. IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 18-21 May 2008. P. 3146-3149. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2008.4542125.

10. Walker J.L.B. Improvements to the Design of the 180° Rat Race Coupler and its Application to the design of Balanced Mixers with High LO to RF Isolation. In: IEEE MMT-S Digest. 1997. V. II. P. 747-750. https://doi.org/10.1109/MWSYM.1997.602898.

11. Younus Md., Mohammed I. Phase Calibration Technique for Mismatch Optimization in Image-Reject Receivers. Analog Integr. Circ. Sig. Process. 2006;46(2):165-168. https://doi.org/10.1007/s10470-005-0851-7.

12. Kravchenko R., Markov K., Orlenko D. Sevskiy G., Heide P. Implementation of a miniaturized lumped-distributed balun in balanced filtering for wireless applications. In: European Microwave Conference. November 2005. V. 2. P. 1306. https://doi.org/10.1109/EUMC.2005.1610174.

13. Yang B., Zhiqiang Yu., Jianyi Z. A low noise S-band image rejection mixer based on enhancement mode pHEMT. In: Progress in Electromagnetics Research Symposium. 2017. P. 508-512. https://doi.org/10.1109/PIERS-FALL.2017.8293191.

14. Mayer B. Planar broadband image rejection mixer. Electronics Letters. 1991;27(23):2128-2130. http://dx.doi.org/10.1049/el:19911318.

15. Wen H., Changjun L. Compact half-wave balun using microstrip and lumped-element artificial transmission lines. In: Proc. International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT). 2012. V. 1. P. 1-4. https://doi.org/10.1109/ICMMT.2012.6229909.