芯耀
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一、什么是发射机
发射机（Transmitter）或者说无线电发射机，是通过天线产生无线电波的电子设备。把射频电流加到天线上，就能产生电磁波。发射机可以是独立的设备，也能作为集成电路集成在其他电子设备里。
先从基带模块说起，这部分一般是数字电路——现在基本都是数字化设计，得用ADC把它转成模拟信号，有时候会做数字调制或者模拟调制。一开始手里有基带数据，频率比较低，接下来要做调制，调制方式有QPSK、FSK或者模拟调制。做这种调制的时候，需要一个LO来提供载波频率。
调制的同时其实也在做频率迁移，就是把基带数据从低频段搬到高频段，这俩过程可以一起完成。不过也能分开处理：先通过调制把基带数据的频率提到中频（IF），然后再用另一个混频器把数据搬到射频频段。
驱动放大器（Driver）和功率放大器（PA）都属于放大模块。驱动放大器是功率放大器的一部分，用它来驱动功率放大器——有时候单级功率放大不够，得再加一级来提高增益，驱动这部分电路。总的来说，这个模块就是为了增强前面说的信号功率。
匹配电路的两个功能：
第一，咱们知道天线的输出阻抗是50Ω，但功率放大器的输出阻抗（ZL）可能不一样。为了让功率放大器正常工作，输出端得达到特定阻抗，才能实现需要的功率和功率效率，这就意味着它的输出阻抗不是50Ω，所以得设计匹配电路，在没有功率损耗的情况下把它和50Ω匹配起来。其实这么做就是为了把功率放大器的输出功率最大限度地传到天线然后辐射出去。
第二，匹配电路还能当滤波器，滤掉不需要的信号。比如说，咱们用窄带调制在2.4GHz频率发送数据（像AM调幅调制）。AM调制里频率是不变的（固定频率），但因为系统模块有非线性特性，输出端可能会产生4.8GHz或者9.6GHz的二次和三次谐波。这时候，匹配电路作为滤波器就会衰减这些谐波，让发射机输出端只留下基波频率。
二、直接变频发射机
1、直接变频发射机简介
和直接变频接收机类似，直接变频发射机也存在。接收射频调制信号时，把信号转成基带频率叫直接下变频；反过来，发射机里的直接变频就是把数据从基带直接上变频到射频频率，这种发射机就叫直接变频发射机。
说“直接变频”不是说只能用单载波或者正交上变频，具体用哪种得看调制方式。这儿主要讲正交上变频，因为在QPSK、GMSK这些现代调制里常用——多数时候不是单载波调制，但要知道不是所有情况都用正交上变频。
看下面的图，能看到二进制序列和基带数据（也就是基带或者零中频的低频信号）。这儿的开关是用来切换正弦载波的，所以输出端要么是载波（代表1），要么是零（代表0），这就是ASK（振幅键控）调制。本质上这就是直接变频：把零中频的基带信号转成射频频率，因为输出数据已经有射频频率的特性了。正交变频的核心想法和这个一样，下面详细说。
单路或者正交上变频器负责调制基带信号。比如QPSK直接变频发射机就采用这种结构。发射机的具体构造由调制方式决定——要是用QPSK或者GMSK调制，可能得用正交结构；要是ASK/FSK调制，单载波就够了。和其他结构一样，发射前得用功率放大器把信号放大，再通过匹配电路往天线传输最大功率，同时滤掉没用的信号分量，给功率放大器提供最佳的负载阻抗。
能不能只用一个混频器做发射机呢？可以，这得看调制方式。像ASK调制，就能直接从零中频变频到射频。拿GMSK调制的直接变频发射机来说（这儿不细讲调制细节）：GMSK是数字调制，这个例子里调制输出是这样的，信号由信号处理器生成。不同调制的输出形式不一样，但核心思路是一样的。这儿也附上GMSK的频谱作为参考，下面说的结构能用来生成这种信号。
2、QPSK发射机结构示例（直接变频）
下面再看一个QPSK发射机的结构例子。这里用了正交结构，但不是说必须得用这种结构。在这个结构里，通过两个混频器做正交上变频，这就是QPSK发射机的直接变频架构。我们把基带数据上变频，这些数据由工作在低频的串并转换器提供。这里我们主要看发射机的架构。所以在直接变频过程中，就是把数据从基带转换到射频，输出就像上面图里显示的那样。作为参考，我们也给出了QPSK发射机的频谱。
三、设计直接变频发射机面临的挑战1、I/Q失配
下面拿QPSK系统来举例。在下图的架构里，二进制基带数据通过串并转换器（S/P Converter）生成A和B两路波形，这些都是低频脉冲信号（1或者-1），接下来会用正交上变频器做上变频处理。这就是从基带直接上变频到射频的过程。假设调制信号是QPSK信号，表达式是QPSK=A·Ac·cosωct+B·Ac·sinωct。要是系统完全理想，没有失配的情况，那输出信号会是什么样呢？
刚才说的是理想系统的情况，这时候发送数据当然没问题。但实际里系统没那么完美，肯定会有失配的情况。失配主要有两种：相位失配和幅度失配。
在正交上变频器里，我们一直希望两个载波之间有90°的相位差，而且幅度也一样，但实际总会有误差。就像之前在接收机部分说的，我们试着把失配归到系统的某一部分，然后这样表示：
因此，在重新推导后，我们得到归一化幅度：若Δ?（相位差）和ΔAc（幅度差）均为0，则结果将如表格1所示。
往接收机发送带误差的数据会出问题——接收机接收并解调这些数据时，会产生比特误差，这也是设计里主要的难题之一。所以必须仔细处理，保证同相（I）和正交（Q）部分的两个振荡器匹配好。
2、通过校准如何消除I/Q失配？
有一种通过调谐电路来发现并消除失配的方法，称为校准法。校准法的第一步是尝试找出相位失配，以下结构可作为示例：
（1） 消除相位失配
向发射机的两个输入端施加单一正弦波，以暴露相位失配问题。
接下来算波形的平均功率。假设幅度误差是ε，相位误差是??。因为ε一般小于1，所以忽略1+ε这一项。校准的时候，我们假设sin??=0，也就是相位误差为0。这时候测输出功率Vo2，也就是正弦波Vo·coswint的功率。这里的原理是：在发射机输入端加正弦波，如果相位误差为0，输出功率应该和输入功率一样。我们可以往电路里加这个功率，然后调电路参数，直到输出功率匹配，这是消除相位失配的有效办法。
（2）消除增益失配
接下来是消除增益失配的方法。如图所示，将一侧接地，向同相（I路）输入余弦信号，然后计算输出电压Vout。根据Vout的公式：
然后我们计算Vout1的平均功率。类似地，将同相部分接入Vo·coswint信号，并计算此时的输出功率。本质上，当我们求得该功率并计算Vout1与Vout2的差值时，理想情况下误差应为零，这意味着两路功率应完全一致。
