實信號存在共軛對稱的正、負頻譜，而復信號只存在單邊譜，如下圖所示。

故將接收到的實信號直接零中頻是不行的，因為隨著載頻的下移，正、負載頻相互接近，到中頻小于信號頻帶一半時，兩部分譜就會發(fā)生混疊，如下圖所示。

當中頻為零時混疊最嚴重，使原信號無法恢復。在實際變頻中應(yīng)注意避免正、負譜分量的混疊，以正確的獲取基帶信號。而復數(shù)混頻是不僅不會發(fā)生混疊，還會使信號幅度增大。

說明：在基帶信號中，負頻率只在數(shù)學上有意義，并不占用實際帶寬。但當基帶信號調(diào)制到高頻后，就會形成了關(guān)于其自身載頻  的對稱頻譜，原來的負頻率信號就占用了實實在在的頻率資源。即，如果一個單邊頻帶寬為  的實信號，在將其轉(zhuǎn)換為高頻后就會占用  的帶寬。

頻帶寬度的降低可以增加基帶有效帶寬的利用率，進而改善 A/D 采樣頻率要求及 FFT 的處理能力。故接收端中通常需要用復信號來實現(xiàn)信號處理相關(guān)過程。

但復數(shù)變量由實部和虛部兩分量構(gòu)成。復信號也一樣，必須用實部和虛部兩路信號來表示它，兩路信號傳輸會不方便，故實際信號的傳輸總是用實信號。

因而，雷達接收到信號后需要對信號進行正交相干檢波實現(xiàn)信號由傳輸?shù)膶嵭盘栟D(zhuǎn)化為信號處理所需的復信號并以特定速率進行采樣。

正交相干檢波

一個電子系統(tǒng)中所接收到的中頻信號（實信號）可表示為

式中，  ，  為中頻載頻。  表示取復數(shù)實部。且復包絡(luò)

其中  和  分別稱為信號復包絡(luò)的同相和正交分量。

實信號  的正負頻譜分量是共軛對稱的，其單邊帶頻譜（如正頻譜）就包含了實信號  的所有信息。將實信號頻譜左移  ，并濾除處  的分量，就得到了復包絡(luò)的頻譜。

在進行數(shù)字信號處理時，需要對復包絡(luò)信號進行采樣，假定復包絡(luò)的絕對帶寬為  ，則至少需要以速率  進行采樣，才能保證不會發(fā)生混疊。各信號的頻譜如下圖所示。

在上圖中用右向陰影表示負頻譜，用左向陰影表示正頻譜，正交相干檢波的目的就是為了得到如圖所示的頻譜結(jié)構(gòu)的信號。

模擬正交相干檢波器

傳統(tǒng)雷達對接收到的信號經(jīng)過模擬混頻、濾波得到中頻信號，再經(jīng)過模擬正交相干檢波器得到基帶Ⅰ、Q信號。模擬正交相干檢波器如下圖所示。

再利用兩路模-數(shù)變換器（ADC）同時對 Ⅰ、Q 分量進行采樣。根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）采樣定理，要求采樣頻率  至少是信號最高頻率  的 2 倍。

然而，如果信號的頻率分布在某一有限頻帶上，而且信號的最高頻率  遠大于信號的帶寬，此時仍按 Nyquist 定理采樣的話，則其采樣頻率會很高，以致難以實現(xiàn)，或是后續(xù)處理的速度不能滿足要求。

另外，由于模擬正交相干檢波器需要兩路完全正交的本振源、兩個混頻器和濾波器，如果這兩路模擬器件的幅度和相位特性不一致，將導致 Ⅰ、Q 不平衡，產(chǎn)生鏡頻分量，影響改善因子等。

若中頻輸入信號模型為  ，則在理想情況下，正交兩路混頻器的參考信號和輸出的基帶信號為

若兩個本振信號存在幅度相對誤差  和正交相位誤差  （即相位差不等于 90°），正交兩路混頻器的參考信號和輸出的基帶信號為

則在輸出信號  單邊帶頻譜的頻率  相對稱的位置（  ）產(chǎn)生一個頻譜分量，稱為鏡頻分量。鏡頻分量與理想頻譜分量的功率之比稱為鏡頻抑制比，用 IR 表示。

為了達到較高的鏡頻抑制比，要使得模擬正交相干檢波器的同相和正交兩通

道的相位誤差小于 1°，這是非常困難的。因此，模擬正交相干檢波器的鏡頻抑制比受到限制。

現(xiàn)代雷達采用數(shù)字正交相干檢波的方法得到基帶Ⅰ、Q信號。

數(shù)字中頻正交采樣的原理

為了克服模擬正交相干檢波器的不足，通常采用數(shù)字正交采樣的方法得到基帶 Ⅰ、Q 信號，而且由于通常需要處理的信號的帶寬是有限的，因此可以直接對中頻信號進行帶通采樣。

帶通采樣的采樣頻率與低通采樣不一樣，它與信號的最高頻率沒有關(guān)系，只與信號帶寬有關(guān)，最小可等于信號帶寬的 2 倍，實際中常取信號帶寬的 4 倍或更高。

帶通采樣定理：設(shè)一個頻率帶限信號為  ，其頻帶限制在（  ）內(nèi)，如果采樣速率滿足：

式中，  為帶限信號的中心頻率；  為信號頻寬；  取能滿足以上兩式的正整數(shù)，則用  進行等間隔采樣所得到的信號采樣值能準確地確定原始信號。

上述帶通采樣只允許在其中一個頻帶上存在信號，而不允許在不同的頻帶上同時存在信號，否則將會引起信號混疊。

為滿足這樣一個前提條件，可以采用跟蹤濾波的辦法來解決，即當需要對某一個中心頻率的帶通信號進行采樣時，就先把跟蹤濾波器調(diào)到與之對應(yīng)的中心頻率上，濾出所感興趣的帶通信號，然后再進行采樣，以防止信號混疊。該跟蹤濾波器也稱之為抗混疊濾波器。

一個帶通信號可表示為

其中  、  分別是  的同相分量和正交分量；  為載頻或中頻，  、  分別為包絡(luò)和相位調(diào)制函數(shù)。它們有如下關(guān)系：

構(gòu)成的復包絡(luò)信號為  。若采樣頻率  滿足：

并以采樣周期  對此信號采樣，則采樣后的輸出為

由上式可以看出，可直接由采樣值交替得到信號的同相分量 I(n) 和正交分量 Q(n)，不過在符號上需要進行修正。

另外 I、Q 兩路輸出信號在時間上相差一個采樣周期  ，但在信號處理中，要求得到的是同一時刻的 I 和 Q 之值，所以需要對其進行時域插值或進行頻域濾波，二者是等效的。

－ The End －