作者了解各種儀器的基本原理和測試方法，并能對復(fù)雜的測試要求給出解決方案。為了給后來者一個了解這個小領(lǐng)域的窗口，把自己的拙見推給朋友們，我決定開設(shè)“無線通信中射頻器件的測試與測量”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)問題，可以在文末寫留言。

1.互調(diào)失真的重要性

非線性DUT(如LNA、PA、塔式放大器)，當(dāng)輸入多個頻率的信號時，各個頻譜分量會相互作用，產(chǎn)生新的頻譜分量(頻譜再生)；當(dāng)輸入信號足夠小時，放大器工作在線性區(qū)，互調(diào)失真不會惡化，保持在相對平衡的水平。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)失真會迅速惡化。

假設(shè)兩個頻率信號分別為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

圖OIP3、P1dB、Pin和Pout之間的關(guān)系

從圖1.2可以看出，當(dāng)主音信號的輸入功率增加1dB時，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的虛線延長線與三階互調(diào)信號的虛線延長線相交的理想線性點，對應(yīng)的輸出功率為OIP3。此時，IIP3定義為輸入三階交調(diào)截點，OIP3定義為輸出三階交調(diào)截點。

2.互調(diào)失真的測試原理

2.1表征互調(diào)失真的參數(shù)

1).音調(diào)功率

主音信號輸出的功率值，dBm；

2).音調(diào)增益

放大器的增益可以通過tonic Pout和Pin來計算。

3).互調(diào)失真

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

IMD3(dB)=Pout-IM3

4).截距點參數(shù)

隨著主音信號輸出功率的增加(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，互調(diào)產(chǎn)物的功率將與主信號的功率相等，此時的功率水平稱為截距點，但這一般是無法實現(xiàn)的，只能根據(jù)線性區(qū)的測試結(jié)果來預(yù)測。

2.2 OIP 3的測試原理

2.2.1使用信號源+光譜儀-通過諧波計算OIP3。這種方法很少使用，但計算結(jié)果與測量來話雙音信號計算的結(jié)果相同，可以在后面的文章中單獨(dú)說明；

2.2.2使用信號源+光譜儀——由信號源調(diào)制雙音信號，輸入DUT，用光譜儀直接測量IM3，計算OIP3。

2.2.3使用兩個信號源+頻譜分析儀——單音信號分別由信號源產(chǎn)生，然后合成DUT，再由頻譜分析儀直接測量IM3，計算OIP3。

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

圖2.1通用DUT OIP3測試環(huán)境構(gòu)建

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

2)調(diào)整兩個信號源，使DUT工作在規(guī)定的功率；

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

4)根據(jù)主音信號的輸出功率和IMD3，計算OIP3，單位為dBm，公式如下:

OIP3= Pout+ IMD3/2

2.3.4矢量網(wǎng)絡(luò)測試-單音信號分別由矢量網(wǎng)絡(luò)的兩個內(nèi)置信號源產(chǎn)生，然后合并后進(jìn)入DUT。測量DUT輸出的單音信號的幅度和三階互調(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試，可以快速準(zhǔn)確的測試OIP3的頻域響應(yīng)特性；

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

2.3矢量網(wǎng)絡(luò)測量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、終點和雙音信號間隔；

圖2.5配置掃描測量的OIP3掃描模式

2)配置掃頻功率點信息，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，從小信號開始測試。

3.摘要

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

1)使用高質(zhì)量的信號源。

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

2)隔離兩個信號源，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，減少信號源之間的干擾，從而提高整個測試系統(tǒng)的動態(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)信號時也會產(chǎn)生同頻互調(diào)分量。阻性功率合成器(威爾金森功分器，-3dB)的動態(tài)范圍非常大，不會產(chǎn)生互調(diào)分量，每個端口都有很好的匹配。

4)使用大動態(tài)范圍的頻譜分析儀。

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

5)需要判斷測試結(jié)果的有效性。

在測試IP3時，我們不能忽略光譜儀的非線性。輸入到DUT的強(qiáng)音調(diào)信號也會在頻譜儀中產(chǎn)生互調(diào)分量。當(dāng)互調(diào)分量較大時，需要判斷被測互調(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)示例測量方法

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編輯:哈克

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