本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无源混频器驱动功放装置及非线性补偿方法。
背景技术：
在无线发射机中，无源混频器相对于有源混频器有一些优势，无源混频器理论上不消耗直流功耗，它们工作在电压域，直接驱动后面的功放，不像有源混频器那样需要电感负载。这样就避免了混频器和压控振荡器之间的通过无源负载的电磁耦合。
无源混频器也有些缺点，特别是不同端口之间的隔离很差，25％占空比的lo本振时钟信号被用来消除i和q信号通路的相互作用。然而，当混频器的开关导通时的特殊时刻，射频rf和中频if的隔离是基本没有的。这时，在混频器前的模拟电路必须直接驱动很大的功放的输入电容，电容上的电压并不能够完全跟随输入的基带信号，这造成信号的幅度随基带的i和q变化而变化。
技术实现要素：
为了克服上述问题，本发明提供了一种无源混频器驱动功放装置及非线性补偿方法，通过输入适当的幅度和相位的基带谐波和本振信号混频而产生一个新信号可以补偿原来非线性信号，输出射频信号。
为实现上述目的，本发明第一实施例提供了一种无源混频器驱动功放装置，包括:第一数模转换器、第一低通滤波器、第二数模转换器、第二低通滤波器和功率放大器；还包括补偿单元和无源混频器；其中，所述第一数模转换器的输出端连接所述第一低通滤波器的输入端，所述第一低通滤波器的输出端与所述无源混频器的第一输入端连接；所述第二数模转换器的输出端连接所述第二低通滤波器的输入端，所述第二低通滤波器的输出端与所述无源混频器的第二输入端连接；所述无源混频器的输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述补偿单元，用于将预定的频率、相位和幅度的基带谐波补偿信号注入基带信号中；所述无源混频器将所述包含有所述基带谐波补偿信号的基带信号与本振信号进行混频后得到射频信号；通过功率放大器将所述射频信号进行放大后输出。
结合第一实施例，所述无源混频器主要由四个mos管构成；其中第一mos管的栅极接入第一本振信号(lo1)；第二mos管的栅极接入第二本振信号(lo2)；第三mos管的栅极接入第三本振信号(lo3)；第四mos管的栅极接入第四本振信号(lo4)；所述第一至第四mos管的栅极分别受制于所述第一至第四本振信号。
结合第一实施例，所述第一至第四本振信号间的相位差是90度，每个本振信号的占空比是25％。
结合第一实施例，所述基带谐波补偿信号的频率为所述基带信号的频率的n倍，n为大于等于1的整数；所述基带谐波补偿信号的相位与所述基带信号的相位相差180度；所述基带谐波补偿信号的幅度与所述基带信号的需要抵消的谐波信号的幅度相一致。
结合第一实施例，所述补偿单元连接方式，包括：在第一数模转换器和第二数模转换器前，将数字的基带谐波补偿信号注入数字的基带信号中；或者在第一数模转换器和第二数模转换器后，在混频器前将模拟的基带谐波补偿信号注入模拟的基带信号中。
结合第一实施例，所述将输入的所述基带谐波补偿信号和所述基带信号与本振信号进行混频，还包括：将输入的基带信号与本振信号进行混频，得到线性信号和非线性信号；将输入的基带谐波补偿信号与本振信号进行混频，得到补偿信号；将所述补偿信号与所述非线性信号相抵消，输出所述射频信号。
本发明第二实施例提供了一种无源混频器驱动功放非线性补偿方法，包括:将预定的频率、相位和幅度的基带谐波补偿信号注入基带信号中；将所述包含有所述基带谐波补偿信号的基带信号与本振信号进行混频，得到射频信号；将所述射频信号进行放大后输出。
结合第二实施例，所述基带谐波补偿信号的频率为所述基带信号的频率的n倍，n为大于等于1的整数；所述基带谐波补偿信号的相位与所述基带信号的相位相差180度；所述基带谐波补偿信号的幅度与所述基带信号的需要抵消的谐波信号的幅度相一致。
结合第二实施例，所述补偿单元连接方式，包括：在第一数模转换器和第二数模转换器前，将数字的基带谐波补偿信号注入数字的基带信号中；或者在第一数模转换器和第二数模转换器后，在混频器前将模拟的基带谐波补偿信号注入模拟的基带信号中。
结合第二实施例，所述将输入的所述基带谐波补偿信号和所述基带信号与本振信号进行混频，还包括：将输入的基带信号与本振信号进行混频，得到线性信号和非线性信号；将输入的基带谐波补偿信号与本振信号进行混频，得到补偿信号；将所述补偿信号与所述非线性信号相抵消，输出所述射频信号。
通过上述技术方案，使用无源混频器来驱动功放，使得功耗和电磁耦合都被很大的降低；通过输入基带谐波补偿信号方法可以消除混频器输出端产生的非线性信号，减少带内信号品质和带外频谱下降，且只使用很少的硬件资源。
附图说明
图1为本发明实施例无源混频器驱动功放装置的电路图；
图2为本发明实施例无源混频器的第一至第四本振信号的示意图；
图3为本发明实施例无源混频器消除非线性信号的示意图；
图4为本发明实施例无源混频器驱动功放非线性补偿方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的技术方案以及优点表达的更清楚，下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例无源混频器驱动功放装置的电路图。如图1所示，本发明第一实施例提出了一种无源混频器驱动功放装置，主要包括：第一数模转换器、第一低通滤波器、第二数模转换器、第二低通滤波器、补偿单元、无源混频器和功率放大器。
该装置连接方式为：第一数模转换器的输出端连接第一低通滤波器的输入端，第一低通滤波器的输出端与无源混频器的第一输入端连接；第二数模转换器的输出端连接第二低通滤波器的输入端，第二低通滤波器的输出端与无源混频器的第二输入端连接；补偿单元的输出端与第一低通滤波器的输入端和第二低通滤波器的输入端连接；无源混频器的输出端与功率放大器的输入端连接。
其中，补偿单元不限于图1这种连接方式。补偿单元可以在数模转换器前注入基带谐波补偿信号，也可以在数模转换器和无源混频器之间注入基带谐波补偿信号。第一种连接方式是在数字领域加入，就是在数模转换器前的数字基带信号产生器里，我们在原有的数字信号里加入时域的基带谐波补偿信号(需要通过一定的数字信号处理)；第二种连接方式是在模拟领域加入，就是在数模转换器后的模拟部分里，我们在原有的模拟基带信号x经过一个非线性的可调模拟电路，从而产生基带谐波补偿信号y，然后把x和y信号相加作为新的滤波器的输入信号。
数模转换器输出的基带信号经过低通滤波器后，再传给无源混频器，无源混频器接收了两组iq基带信号，混频后的信号不但有主频线性信号flo+fbb的成分还有幅度调制的非线性信号(flo+fbb)+/-4fbb成分(flo是本振频率，fbb是基带频率)，功放由于自身的非线性还会放大和产生额外的在本振频率附近的基带频率成分，这些额外产生的频率成分对系统线性性能有害，需要消除或减小。
其中，无源混频器由四个mos管构成，第一mos管的栅极接入第一本振信号(lo1)，第二mos管的栅极接入第二本振信号(lo2)，第三mos管的栅极接入第三本振信号(lo3)，第四mos管的栅极接入第四本振信号(lo4)。
图2为本发明实施例无源混频器的第一至第四本振信号的示意图。如图2所示，混频器的栅极的开关是由4个相位的lo来控制的，本振信号lo的占空比是25％，第一至第四mos管的栅极分别受制于第一至第四本振信号，信号间的相位差是90度。
图3为本发明实施例无源混频器消除非线性信号的示意图。如图3所示，通常由于基带正向摆幅的压缩特性，非线性信号(flo+fbb)-4fbb成分比(flo+fbb)+4fbb成分要大不少，我们可以简化方法来集中减小非线性信号flo-3fbb。为了补偿掉这个非线性信号，我们在基带引入一个3fbb的基带谐波补偿信号，经过混频器后产生flo-3fbb的反向补偿信号，图中叫做flo-3fbb补偿信号。通过适当的相位和幅度的调整，补偿信号flo-3fbb可以和原本非线性信号flo-3fbb相互抵消，从而只剩下线性信号flo+fbb。当然实际中不可能完全匹配，还剩下对应用影响很小的flo-3fbb，在图中实线表示。
其中，基带谐波补偿信号的频率为基带信号的频率的3倍；基带谐波补偿信号的相位与基带信号的相位相差180度；基带谐波补偿信号的幅度与基带信号需要抵消的谐波信号的幅度相一致。我们假设混频后的非线性信号相对于线性信号的比值为k，那么基带谐波补偿信号的幅度相对基带信号的比值就是k，这样两者才能相互抵消。
这种基带谐波补偿信号注入方法可以在数字或模拟领域实现，它的原理是：注入以适当相位和幅度的3fbb基带谐波补偿信号和flo本振信号混频而产生一个新信号，可以补偿原来非线性产生的flo-3fbb。这种方法可以减少带内信号品质和带外频谱下降，且只使用很少的硬件资源。经过混频后产生的信号是在高频载波基础上有基带的包络变化，这个信号用来驱动功放，经过功率放大器放大最终输出。
图4为本发明实施例无源混频器驱动功放非线性补偿方法的流程图。如图4所示，本发明第二实施例提供了一种无源混频器驱动功放非线性补偿方法，其具体步骤包括：
步骤s401，将预定的频率、相位和幅度的基带谐波补偿信号注入基带信号中。
具体的，补偿单元注入到基带信号的基带谐波补偿信号的频率为基带信号的频率的n倍，n为大于等于1的整数；基带谐波补偿信号的相位与基带信号的相位相差180度；基带谐波补偿信号的幅度与基带信号的需要抵消的谐波信号的幅度相一致。
其中，我们假设混频后的非线性信号相对于线性信号的比值为k，那么基带谐波补偿信号的幅度相对基带信号的比值就是k，这样两者才能相互抵消。
步骤s402，将包含有基带谐波补偿信号的基带信号与本振信号进行混频，得到射频信号。
具体的，无源混频器接收了基带信号，混频后得到的信号不但有主频线性信号flo+fbb还有幅度调制的非线性信号(flo+fbb)+/-4fbb，功放由于自身的非线性还会放大和产生额外的在本振频率附近的基带频率。为了补偿掉这个非线性信号，我们在基带引入一个3fbb的基带谐波补偿信号，经过混频器后产生一个反向flo-3fbb补偿信号，补偿信号flo-3fbb可以和原本非线性信号flo-3fbb相互抵消，从而只剩下线性信号flo+fbb。
其中，输入包含有所述基带谐波补偿信号的所述基带信号，有两种方式得到：第一种方式是在数字领域加入，就是在数模转换器前的数字基带信号产生器里，我们在原有的数字信号里加入时域的基带谐波补偿信号(需要通过一定的数字信号处理)；第二种方式是在模拟领域加入，就是在数模转换器后的模拟部分里，我们在原有的模拟基带信号x经过一个非线性的可调模拟电路，从而产生基带谐波补偿信号y，然后把x和y信号相加作为新的滤波器的输入信号。
步骤s403，将射频信号进行放大后输出。
具体的，经过混频后输出的信号是在高频载波基础上有基带的包络变化，这个信号用来驱动功放，经过功率放大器放大最终输出。
本发明提出的一种无源混频器驱动功放装置及非线性补偿方法，通过在驱动功放装置上使用无源混频器来驱动功放，功耗和电磁耦合都被很大的降低；另外通过输入一个基带谐波补偿信号的方法来消除混频器输出端产生的非线性信号，减少带内信号品质和带外频谱下降，且只使用很少的硬件资源。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。