[其他]数字混频装置

说明书

本发明涉及一种数字混频装置。这种装置是在为雷达接收设备进行中频数字化转换器的设计中产生的，但它同样能应用于如无线电通讯等其它的领域。

图1中示出了用于把接收到的雷达信号转换成数字形式的传统电路。天线1接收到的信号，一般频率为几千兆赫（GHZ），在混频器2中与来自本机振荡器3的本机振荡信号混频。混频器2的输出通过此通滤波器4。滤波器输出的频率大约为60兆赫（MHZ）的中频。该信号通过由5和6表示的同相通路（P）和相移90°通路（Q），并在两条通路中与来自同样以60兆赫频率工作的第二本机振荡器9的波形在混频器7和8中进行混频。第二本机振荡器的输出相移90°再传送到混频器8。混频器7和8的输出通过低通滤波器11和12，并在放大器13和14中放大。然后通过由时钟脉冲发生器17时钟同步的模拟-数字转换器15和16把它们转换成数字形式。这两路输出分别是表示以时钟脉冲发生器17频率进行信号采样的复数的实数部分和虚数部分。

在图1中所示的传统的系统中，重要的是要求在每一条通路5和6中的混频器7和8，滤波器11和12，放大器13和14以及模拟-数字转换器15和16具有完全相同的特性，并且要求在器件10中引入的相移是精确的90°。否则信号就会失真。在尽管存在器件老化可能影响的情况下，还要确保这些要求得到满足，并且能够保持会是即困难，而且成本又高的。

在构思本发明之前我们就认为上述问题可以通过像图2中所示的电路来解决。该电路以中频而不是以基本频带进行数字化处理。参见图2，来自天线18的RF信号在混频器19中与来自本机振荡器20的本机振荡信号混频。混频器19的输出通过滤波器21滤波，并通过模拟-数字转换器22转换成数字形式，以由时钟脉冲发生器23确定的频率产生数字采样信号。模拟-数字转换器22的数字输出通过两条通路分别与图3中所示的同相信号A和相移90°信号B相乘。这些同相信号A和相移90°信号B是通过加权发生器26和27产生的，而加权发生器26和27则由操作模拟-数字转换器22的同一个时钟脉冲发生器23进行时钟同步。产生出来的同相和相移90°数字信号通过数字低通滤波器28和29进行滤波。每一个数字滤波器都是通过在其输入端以信息组方式获得数字采样信号，并把每一信息组的采样信号加起来进行操作。

最初曾设想图2中所示的那种电路能够解决上述图1中电路所存在的问题。其原因在于使数字系统具有完全相同的特性是容易的，所以图2中所示的那种电路能够解决在P通路和Q通路的匹配方面以及相应互相垂直方面存在的问题。图2中电路的一个显著特征是仅仅使用了一个模拟-数字转换器。这个模拟-数字转换器必须以比图1中基本频率数字化方式时的工作频率更高的频率工作，不过更高的模拟转换噪声是可以允许的，这是因为在数字低通滤波器中进行的加权处理中使相对于信号的这种噪声减小了。

最初我们图2中所示的那种系统的试验结果使我们感到沮丧，这些试验显示出两条通路的频率响应，并不是如予期的那样相同。在低通滤波器的加法处理中，对各种复杂的加权方案进行了试验，以便解决这个问题，但是这些方案成本高，而且也不足以校准频率响应的差异。

本发明是通过实现如图4中所示的数字滤波器频率响应而产生的。在图4中由混频器24和25产生的差频以及和频分别在F₁和F₂处示出。值得注意的是：在b所示的频带里存在某种响应，即在那里出现和频。这个频率响应取决于数字低通滤波器获取的每一信息组里的采样信号数量。本发明实现了能够选择具有稍微不同数量采样信号的信息组（例如：少两个采样信号），以产生差频响应，如图4中的虚线所示，当把它加到实线所示的响应上时产生复合响应。这个复合响应在差频F₁处较高，而在整个包含和频F₂的频带b中则大致为另。同样的效果可以通过把除去每一端的一个采样信号之外的全部采样信号增加一倍的方式，或通过把在每一端的那些采样信号减半而保持中间区段的大多数采样信号彼此相对不变的公式，即用单一的加权，来获得。因为不必对大多数采样信号进行任何加权，所以就可以非常简单地获得这种效果。