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±0,35 V
Abbildung 3: Prinzip des Tayloe-Detektors.
II. IQ-DEMODULATORPRINZIP
Bei der IQ-Modulation werden zwei niederfrequente
informationstragende Basisbandsignale Vi(t) und Vq(t),
hier als Inphase- und Quadratur-Signale (I/Q) bezeichnet,
jeweils mit einer Trägerschwingung gemischt
und anschließend aufaddiert. Die beiden hochfrequenten
Mischsignale sind gegeneinander um 90°
phasenverschoben und haben die gleiche Trägerfrequenz:
U HF ( t)
= Vi
( t)
⋅ cos(
2πf0
⋅ t)
−Vq
( t)
⋅ sin( 2πf0
⋅ t)
Der IQ-Demodulator extrahiert die beiden informationstragenden
Basisbandsignale im gewünschten
Frequenzkanal und gibt sie für die Digitalisierung an
die Soundkarte weiter.
Die gewählte Schaltungsrealisierung für den IQ-
Demodulator entspricht einem Tayloe-Detektor [5]
(Abbildung 3). Vom Prinzip her handelt es sich um
die schaltungstechnische Interpretation eines zweikanaligen
Ringmischers mit RC-Tiefpassfiltern. Die als
Stromschalter wirkenden Dioden der Ringmischer
sind durch High-Speed-Transistorschalter ersetzt.
Beim realisierten Tuner wird das Spektrum des gesamten
UKW-Bands so verschoben, dass der ausgewählte
Frequenzkanal auf einer einstellbaren, basisbandnahen
Zwischenfrequenz liegt. Die Kanalselektion
und die Extraktion seiner IQ-Signale werden direkt
im Basisband mittels der RC-Tiefpässe realisiert.
A. Architektur des Demodulators
Abbildung 3 zeigt die Architektur des IQ-
Demodulators. Er besteht aus einem Übertrager, einem
High-Speed-Schalter und einem Instrumentenverstärker.
Der Übertrager sorgt für das Biasing des
HF-Eingangssignals auf 1,8 V und gibt es in differentieller
Form an die High-Speed-Schalter weiter. Der
eingesetzte Übertrager mit Übersetzungsverhältnis 1
wird bezüglich der anliegenden HF-Signale in 50 Ω -
Anpassung betrieben. Rechtsseitig sorgen die Ron -
Durchgangswiderstände der beiden Schalter für die
Anpassung. Sie betragen jeweils 25 Ω, die Kapazitäten
wirken bei hohen Frequenzen als Kurzschluss.
Zwischen Übertrager und Instrumentenverstärkern
befindet sich die High-Speed-Schaltmatrix. Diese
besteht aus zwei Einzelschaltern, die periodisch zwi-
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DIREKTUMSETZENDER GROSSSIGNALFESTER IQ-
DEMODULATOR FÜR SDR-ANWENDUNGEN IM UKW-BAND
AC C
1
-1
R
Polaritätswechselfunktion
UHF(t) ·p(t)
p(t)
T/4 T/2 3T/4
T=1/f0
schen jeweils vier Schalterstellungen umschalten. Ein
in DDS-Technik (direct digital synthesis) ausgeführter
frequenzprogrammierbarer Lokal-Oszillator (LO)
liefert die Steuersignale, so dass jeder Schalter während
eines Viertels der LO-Periode in einer Schalterposition
bleibt. Das HF-Signal wird in dieser Zeit an
die Schalterausgänge übertragen und mit RC-Tiefpässen
gefiltert. Deren Grenzfrequenz hängt von dem
Wert des Kondensators C, den zwei Ron-Widerständen
und vom HF-seitigen 50 Ω -Widerstand ab. Die
Grenzfrequenz wurde zu fg=1/TRC = 200 kHz gewählt.
Aufgrund des Schaltertastverhältnisses erhöht sich die
Filterzeitkonstante um den Faktor 4:
= 4 ⋅ 50Ω
+ 2R
⋅ .
( ) C
TRC on
B. Funktion des IQ-Schaltdemodulators
Abbildung 4 zeigt das Ersatzschaltbild eines Zweiges
(I bzw. Q) des IQ-Demodulators. Dabei lassen
sich der HF-seitige 50 Ω -Widerstand und die beiden
Ron-Durchgangswiderstände der Schalter bei geschlossenen
Schaltern durch R = 100Ω
darstellen. Die
Wirkung der Schalter wird für eine einfache Analyse
durch die Polaritätswechselfunktion p(t), die HF-
Quellspannung UHF(t) und die Ersatzschalterfunktionen
Si(t) bzw. Sq(t) dargestellt. Ui(t) und Uq(t) stellen
die Spannungen an den Kondensatoren C1 = C2 = C
dar. Die Polaritätswechselfunktion p(t) bildet die Invertierung
des Signals nach einer halben Periode ab.
In jeder Schalterposition wird immer nur einer der
beiden Kondensatoren C1 oder C2 durch die Ersatz-
quellspannung ( t)
p(
t)
t
Ersatzschaltmatrix
Si,q
Sq(t)
Si(t)
offen
T/8T/4 T/2 3T/4
Ui,q(t)
U HF ⋅ aufgeladen. In dieser Zeit
fließt kein Strom in den anderen Kondensator, so dass
dort die Spannung gehalten wird.
Da TRC >> T ist, ändert sich die Spannung am Kondensator
während eines Schalterzyklus kaum. Daher
bilden Ui(t) und Uq(t) in guter Näherung die Mittelwerte
der Ersatzquellfunktion UHF () t ⋅ p()
t während
des durch Si(t) bzw. Sq(t) beschriebenen Ladeintervalls.
Für den I-Zweig lässt sich dieser Spannungsmittelwert
durch Integration über die Kosinus-Träger-
zu
Abbildung 4: Ersatzschaltbild des Demodulators.
Schalterposition
t