在前面關于數字調制的文章中分別介紹了IQ 調制的基本理論及調制解調的數學解析及圖解過程，闡述了常見的數字調制方式，并解釋了為什么經過IQ 調制器之后帶寬會翻倍的原因。本文將著重介紹模擬IQ 調制器的特性，為后面的IQ 調制性能驗證測試作準備。

模擬IQ 調制器包含Mixer，在上變頻的過程中，勢必會產生鏡頻產物。當輸出無頻偏信號時，即信號中心頻率與調制器的LO 信號頻率相同時，相當于采用的是Zero-IF 機制，鏡頻產物與信號本身不可分割，即使通過濾波器也無法濾除鏡頻。慶幸的是，采用IQ調制及解調器，即使存在鏡頻產物，依然可以恢復出原始的IQ信號。這也是為什么模擬IQ 調制器之后不需要鏡頻抑制濾波器的原因。

由于這種正交架構，IQ 調制器本身是具有一定鏡頻抑制能力的，但是只有在輸出具有一定頻偏的信號時，即信號中心頻率與LO 信號頻率不同時，才能體現出鏡頻抑制特性。下面將通過一些特殊的基帶IQ 信號進行解析分析，闡述影響鏡頻抑制特性的因素，及如何改善鏡頻抑制特性。

1. IQ 信號幅度平衡性對鏡頻抑制的影響

IQ信號幅度不平衡(即幅度不同)，要么是輸入至調制器的I 和Q 信號的幅度不平衡，要么是調制器具有一定的增益不平衡(即I 和Q 兩路的增益不同)，這些都會影響對鏡頻的抑制能力。

令i(t)=Acosw_bt，q(t)=sinw_bt，則經過IQ調制輸出的射頻信號s(t)為

s(t)=Acosw_bt· cosw_ct - sinw_bt · sinw_ct

積化和差得

s(t)=0.5(A+1)cos(w_c+w_b)t + 0.5(A-1)cos(w_c-w_b)t

當A=1時，射頻信號中只有上邊帶(w_c+w_b)分量；

當A=-1時，射頻信號中只有下邊帶(w_c-w_b)分量；

當A≠±1時，射頻信號中同時包含上邊帶(w_c+w_b)和下邊帶(w_c-w_b)兩個分量。

以上通過解析方式介紹了IQ 調制器的鏡頻抑制特性，其實通過圖解方法也可以清晰簡便地進行說明。下面考慮A=1的情況，圖1 給出了載波信號的傅里葉變換，這是雙邊帶頻譜，基帶信號經過IQ 調制器實現了頻譜的搬移，圖2分別給出了調制器兩個支路上的頻譜變換情況，最終經過合路器合路后，下邊帶分量相互抵消，只剩下上邊帶分量。

圖1. 載波信號的傅里葉變換(雙邊帶頻譜)

圖2. IQ 調制過程頻譜變換示意圖

當A≠±1時，射頻信號中同時包含上下邊帶，定義邊帶抑制比為：20lg│A+1│/│A-1│ (dB).

如何改善鏡頻抑制能力呢？

IQ 調制器兩個支路的增益不平衡特性已經無法調整，但是可以在基帶側通過調整I 和Q 兩路波形的幅度大小改善鏡頻抑制。矢量信號發生器VSG及任意波信號發生器AWG均提供了IQ Gain Imbalance調整參數，對其進行微調即可改善鏡頻抑制。

2. IQ 正交性對鏡頻抑制的影響

正交性包括兩個方面：(1) 基帶信號I 和Q 之間的正交性；(2) IQ 調制器兩個Mixer 的LO 信號之間的正交性。如果正交性不好，當產生無頻偏的數字調制信號時會帶來調制和解調的誤差(EVM、BER 惡化)，另一方面在產生單邊帶信號時，會惡化鏡頻抑制特性。

令i(t)=cos(w_bt+?)，q(t)=sinw_bt，則IQ 調制器輸出的射頻信號為

s(t)=cos(w_bt+?)· cosw_ct - sinw_bt · sinw_ct

積化和差得

s(t)=0.5(1+cos?)·cos(w_c+w_b)t-0.5sin?·sin(w_c+w_b)t-0.5(1-cos?)·cos(w_c-w_b)t+0.5sin?·sin(w_c-w_b)t

對于(w_c+w_b)分量，令a=0.5(1+cos?)，b=0.5sin?，則取θ滿足如下關系：

cosθ=a/√( a²+b²)，sinθ=b/√( a²+b²)

類似地，對于(w_c-w_b)分量，令c=0.5(1-cos?)，b=0.5sin?，則取θ₁滿足如下關系：

cosθ₁=c/√(c²+b²)，sinθ₁=b/√(c²+b²)

以上公式代入s(t)，最終可得

s(t)=0.707√(1+cos?)·cos[(w_c+w_b)t+θ]+0.707√(1-cos?)·cos[(w_c-w_b)t-θ₁]

由正交誤差?造成的鏡頻抑制度為：10lg(1+cos?)/(1-cos?) (dB).

以上是從基帶I 和Q 信號的正交性著手分析對鏡頻抑制特性的影響，如果基帶信號理想正交，而IQ 調制器兩個Mixer 的LO 正交性不好，整個推導過程是類似的，此處不再贅述。當然，IQ 調制器的特性已經固定，只能通過調整基帶信號的正交性改善鏡頻抑制能力。

3. IQ 調制器的載波抑制特性

IQ 調制器除了可以抑制鏡頻外，在數字調制過程中還可以抑制載波。理論上，只要模擬I 和Q 信號中沒有DC 分量，而且IQ 調制器是理想的，那么輸出的射頻寬帶信號中將沒有載波。但是實際產生的寬帶信號總是具有一定的載波泄露，來源于兩部分：(1) IQ 信號中包含一定的DC 分量；(2) IQ 調制器中Mixer 的LO 泄露。

對于數字調制信號而言，載波泄露是一種帶內干擾，如果載波分量較強，將直接影響整個系統的通信質量。因此，要盡量降低載波泄露。通常在基帶側微調I Offset 或者Q Offset 來改善載波抑制特性，這相當于引入DC 分量，如果設置的DC 的量和極性合適，I 和Q 兩路引起的載波泄露將相互抵消，甚至可以抵消Mixer 的LO 泄露帶來的影響。

以上介紹了IQ 調制器的鏡頻抑制及載波抑制特性，這些都是IQ 調制器固有的特性，也是性能驗證測試中必測的項目。此外，IQ 調制器還有幅頻響應、三階交調等參數，這些也都是需要測試的。不同的測試項目需要不同的測試設備和測試方法，這將是后面要介紹的內容……

由于作者水平有限，文中的內容和理解難免有疏漏，歡迎大家批評指正~

文章來源：射頻微波測試