作者了解各種儀器的基本原理和測(cè)試方法，并能對(duì)復(fù)雜的測(cè)試要求給出解決方案。為了給后來(lái)者一個(gè)了解這個(gè)小領(lǐng)域的窗口，把自己的拙見(jiàn)推給朋友們，我決定開(kāi)設(shè)“無(wú)線通信中射頻器件的測(cè)試與測(cè)量”專欄，也歡迎各位業(yè)內(nèi)人士指正。如果想看內(nèi)容或者技術(shù)問(wèn)題，可以在文末寫(xiě)留言。

1.互調(diào)失真的重要性

非線性DUT(如LNA、PA、塔式放大器)，當(dāng)輸入多個(gè)頻率的信號(hào)時(shí)，各個(gè)頻譜分量會(huì)相互作用，產(chǎn)生新的頻譜分量(頻譜再生)；當(dāng)輸入信號(hào)足夠小時(shí)，放大器工作在線性區(qū)，互調(diào)失真不會(huì)惡化，保持在相對(duì)平衡的水平。隨著DUT輸入功率的增加，放大器逐漸進(jìn)入壓縮區(qū)，互調(diào)失真會(huì)迅速惡化。

假設(shè)兩個(gè)頻率信號(hào)分別為f1和f2，三階互調(diào)分量的頻率為2f1-f2和2f2-f1，2f1-f2和2f2-f1與f1和f2接近，因此會(huì)干擾工作頻段內(nèi)的頻率信息，如圖1.1所示。而f2-f1等偶數(shù)階互調(diào)產(chǎn)物離主音信號(hào)較遠(yuǎn)，一般忽略偶數(shù)階互調(diào)產(chǎn)物。

圖1.1有源器件互調(diào)失真產(chǎn)生的頻率信號(hào)

圖OIP3、P1dB、Pin和Pout之間的關(guān)系

從圖1.2可以看出，當(dāng)主音信號(hào)的輸入功率增加1dB時(shí)，三階互調(diào)產(chǎn)物的輸出功率將增加3dB，Pin將逐漸增加到Pout的虛線延長(zhǎng)線與三階互調(diào)信號(hào)的虛線延長(zhǎng)線相交的理想線性點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的輸出功率為OIP3。此時(shí)，IIP3定義為輸入三階交調(diào)截點(diǎn)，OIP3定義為輸出三階交調(diào)截點(diǎn)。

2.互調(diào)失真的測(cè)試原理

2.1表征互調(diào)失真的參數(shù)

1).音調(diào)功率

主音信號(hào)輸出的功率值，dBm；

2).音調(diào)增益

放大器的增益可以通過(guò)tonic Pout和Pin來(lái)計(jì)算。

3).互調(diào)失真

IMD是主音信號(hào)和互調(diào)產(chǎn)物之間差異的度量。IMD越大，此時(shí)的互調(diào)越小。如圖1.1中虛線所示，計(jì)算公式為:

IMD3(dB)=Pout-IM3

4).截距點(diǎn)參數(shù)

隨著主音信號(hào)輸出功率的增加(圖1.1中的黑色箭頭)，互調(diào)產(chǎn)物的輸出功率以更陡峭的速率增加(圖1.1中的藍(lán)色和綠色箭頭)。當(dāng)功率增加到一定程度時(shí)，互調(diào)產(chǎn)物的功率將與主信號(hào)的功率相等，此時(shí)的功率水平稱為截距點(diǎn)，但這一般是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，只能根據(jù)線性區(qū)的測(cè)試結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)。

2.2 OIP 3的測(cè)試原理

2.2.1使用信號(hào)源+光譜儀-通過(guò)諧波計(jì)算OIP3。這種方法很少使用，但計(jì)算結(jié)果與測(cè)量來(lái)話雙音信號(hào)計(jì)算的結(jié)果相同，可以在后面的文章中單獨(dú)說(shuō)明；

2.2.2使用信號(hào)源+光譜儀——由信號(hào)源調(diào)制雙音信號(hào)，輸入DUT，用光譜儀直接測(cè)量IM3，計(jì)算OIP3。

2.2.3使用兩個(gè)信號(hào)源+頻譜分析儀——單音信號(hào)分別由信號(hào)源產(chǎn)生，然后合成DUT，再由頻譜分析儀直接測(cè)量IM3，計(jì)算OIP3。

在該測(cè)試方法中，根據(jù)圖2.1構(gòu)建測(cè)試環(huán)境，將兩個(gè)音頻信號(hào)輸入到DUT中，測(cè)量DUT輸出端音頻信號(hào)的幅度和三階互調(diào)產(chǎn)物的幅度，然后將其帶入公式進(jìn)行計(jì)算。

圖2.1通用DUT OIP3測(cè)試環(huán)境構(gòu)建

1)用兩個(gè)信號(hào)源分別輸出頻率間隔為δ f (δ f = 5 MHz)的兩個(gè)信號(hào)f1和f2，然后這兩個(gè)信號(hào)通過(guò)合成器發(fā)送到DUT。合路前最好串聯(lián)一個(gè)環(huán)行器，減少信號(hào)源間的相互串?dāng)_；

2)調(diào)整兩個(gè)信號(hào)源，使DUT工作在規(guī)定的功率；

3)觀察頻譜儀，計(jì)算主音信號(hào)的幅度與三階互調(diào)產(chǎn)物的幅度之差，即IMD3，單位為dBc

4)根據(jù)主音信號(hào)的輸出功率和IMD3，計(jì)算OIP3，單位為dBm，公式如下:

OIP3= Pout+ IMD3/2

2.3.4矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試-單音信號(hào)分別由矢量網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)內(nèi)置信號(hào)源產(chǎn)生，然后合并后進(jìn)入DUT。測(cè)量DUT輸出的單音信號(hào)的幅度和三階互調(diào)產(chǎn)物的幅度由矢量網(wǎng)完成，矢量網(wǎng)可以設(shè)置超寬帶和超寬帶掃頻測(cè)試，可以快速準(zhǔn)確的測(cè)試OIP3的頻域響應(yīng)特性；

圖2.3顯示了PNA產(chǎn)生兩個(gè)音調(diào)信號(hào)，然后進(jìn)入DUT的配置；通過(guò)耦合器組合；DUT的輸出連接到矢量網(wǎng)絡(luò)接收器。矢量網(wǎng)絡(luò)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行FFT后，可以計(jì)算出單音信號(hào)的幅度和三階互調(diào)產(chǎn)物的幅度。

2.3矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)量OIP3框圖

圖2.4矢量網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的源配置

1)選擇掃頻fc模式，設(shè)置掃描中心頻率的起點(diǎn)、終點(diǎn)和雙音信號(hào)間隔；

圖2.5配置掃描測(cè)量的OIP3掃描模式

2)配置掃頻功率點(diǎn)信息，可以是目標(biāo)輸入功率，也可以是目標(biāo)輸出功率；設(shè)置源和接收器衰減器，以提供足夠小的DUT輸入功率和矢量網(wǎng)絡(luò)接收器保護(hù)；

圖2.6配置掃描功率點(diǎn)信息

3)調(diào)出關(guān)注的曲線，一般關(guān)注PowerIN、PowerOUT、OIP3_Hi、OIP3_Low、OIP3_Avg、IMD3等曲線。

4)用功率表和電子校準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)；

5).連接DUT，從小信號(hào)開(kāi)始測(cè)試。

3.摘要

為了獲得更精確的OIP3測(cè)量結(jié)果，應(yīng)在測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行以下優(yōu)化:

1)使用高質(zhì)量的信號(hào)源。

信號(hào)源也是各種有源器件搭建的儀器，所以信號(hào)源本身也會(huì)產(chǎn)生互調(diào)；當(dāng)信號(hào)源輸出大功率信號(hào)時(shí)，由于信號(hào)源內(nèi)部的一些器件可能進(jìn)入非線性狀態(tài)，輸出信號(hào)的質(zhì)量會(huì)大大降低，可能會(huì)產(chǎn)生雜波或多次諧波。質(zhì)量差的信號(hào)會(huì)進(jìn)入DUT，測(cè)得的失真信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確判斷是否是DUT產(chǎn)生的。因此，選擇低噪聲的高質(zhì)量信號(hào)源是非常必要的。

2)隔離兩個(gè)信號(hào)源，減少相互干擾。

可以使用環(huán)行器或隔離器等單向器件隔離兩路信號(hào)，減少信號(hào)源之間的干擾，從而提高整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。

3)使用線性度良好的功率合成器。

功率合成器也有一定的非線性，在注入強(qiáng)信號(hào)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生同頻互調(diào)分量。阻性功率合成器(威爾金森功分器，-3dB)的動(dòng)態(tài)范圍非常大，不會(huì)產(chǎn)生互調(diào)分量，每個(gè)端口都有很好的匹配。

4)使用大動(dòng)態(tài)范圍的頻譜分析儀。

頻譜分析儀既測(cè)量小的互調(diào)產(chǎn)物信號(hào)，又測(cè)量大的主音信號(hào)，因此需要選擇大動(dòng)態(tài)范圍的頻譜分析儀。

5)需要判斷測(cè)試結(jié)果的有效性。

在測(cè)試IP3時(shí)，我們不能忽略光譜儀的非線性。輸入到DUT的強(qiáng)音調(diào)信號(hào)也會(huì)在頻譜儀中產(chǎn)生互調(diào)分量。當(dāng)互調(diào)分量較大時(shí)，需要判斷被測(cè)互調(diào)分量主要是DUT產(chǎn)生的還是光譜儀本身產(chǎn)生的，即測(cè)試結(jié)果是否有效。

標(biāo)題:互調(diào)失真的意義和矢量網(wǎng)絡(luò)示例測(cè)量方法

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編輯:哈克

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