三階互調的計算

1、三階互調計算趙 利，付國映，陳文全，徐繼麟（電子科技大學電子工程學院 四川成都610054）摘要：具體分析了高IP3測試環(huán)境中的不利因素，提出了減小其影響的方法，以 提高高IP3測試的準確度。關鍵詞：IP3； IMD3；信號源：功率合成器：頻譜分析儀三階交截點（IP3）是衡量通信系統(tǒng)線性度的一個重要指標，他反映了系統(tǒng)受到 強信號干擾時互調失真的大小。當系統(tǒng)的IP3較高時，要精確測試IP3會比較困 難，因為測試環(huán)境中各種因素（如測試配件的隔離度、線性度和匹配性等）都容易 影響高IP3的測試。下面將簡略介紹IP3的測試原理，詳細分析高IP3的測試方 法。1 IP3測試原理在無線通信設備中，器件（如

2、放大器、混頻器、調制/解調器等）的非線性通 常會使同時侵入2個或多個強干擾信號發(fā)生相互調制，并產(chǎn)生新的頻率成分，這 種現(xiàn)象稱為互調。互調干擾不僅能降低有用信號的功率，引起信號失真，降低系 統(tǒng)選擇性，還能破壞鄰近信道的性能。因此，互調性能是系統(tǒng)常檢指標，通常用 IP3來表示。IP3是工作頻率信號在理想線性系統(tǒng)中的輸出信號與三階互調分最幅值相 等時的交點，是一個固定點。如圖1所示。該點是虛交點，實際系統(tǒng)中無法 直接測出，但可以通過相關的測量值計算出來。下而將簡單介紹IP3計算式的原 理。雖然侵入系統(tǒng)的強信號可能有2個或2個以上，但為了測試的方便，假設只 有2個強的等幅單音信號侵入了系統(tǒng)。若用一個慕

3、級數(shù)來表示器件的非線性作 用，并假設單音信號的頻率分別為f：和f：,那么不難推出三階互調分最的頻率 為(2f：-f2)或(2f廠fj。IP3(HP3, 0IP3)的計算式為：1IP3 =幾+斗【MDj， OIP3 = Po-. + yIMD1 = 1IP3 + G其+ ： IIP3為輸入IP3,是IP3的橫坐標；0IP3為輸出IP3,是IP3的縱坐標；P,n為單音信號的輸入功率電平；P°s為單音信號的輸岀功率電平：G為被測件(Device Under Test - DLT)的小信號增益。IMDs為三階互調失真，他等于干擾信號的輸出功率電半減去三階互調量功率電平的值,即:IMDI F式

4、(2)中各元素的關系如圖2所示。由式(1)和(2)可知，如果測出單音信號 的輸入/輸出功率和三階互調分量的電半值，就可求出輸入/輸出IIP3的值。IMD3圖2等冷人時的三階互產(chǎn)務2高IP3的測試方法IP3的一般測試方法是按照圖3搭建測試環(huán)境，向DUT輸入2個強的單咅信 號，測出DUT輸出端單音信號的電半和三階互調產(chǎn)物的電平，再利用式和式(2) 計算出IP3的大小。圖3【P3的一IR雋試說用圖當DUT的線性度較好時，其IP3較高。測試這種IP3有2個特點：一是輸入 的單音信號很強：二是產(chǎn)生的三階互調分量很弱。由于強信號輸入容易使測試系 統(tǒng)其他器件也進入非線性狀態(tài)，產(chǎn)生同頻的互調分量或其他雜波；弱

5、互調分量容 易被大信號掩蓋，所以高IP3的測試工作不能簡單按照一般測試方法進行，需做 一些改進：(1) 選用高質量的信號源信號源本身具有非線性，有一定的動態(tài)范圍。當信號源輸出大功率信號時， 一些器件進入非線性狀態(tài)，使得輸出信號質量大大降低，如含有各種雜波或多次 諧波。因此需選用高質最的信號源，如合成信號源，他的線性度較高，噪聲比較 低。(2) 隔離2個信號源,減小他們的相互作用 如果不隔離2個信號源, 他們的自適應邏輯電路會相互作用產(chǎn)生互調分量，影響DUT弱互調分量的測 試。因此最好在每個信號源與功率合成器之間加一個隔離器。鐵氧體磁性材料隔 離器是較理想的選擇，因為他的隔離度高，差損小。也可以

6、選用1020dB的固 定衰減器來隔離，但他們的隔離度不高，為了補償衰減器的衰減星需要加大信號 源的輸出功率，因此采用固定衰減器不是理想選擇。(3) 選用線性好的功率合成器功率合成器也有一定的非線性，遭遇強信號時也會產(chǎn)生同頻互調分量，如果 他的互調分最較大，就會掩蓋DUT產(chǎn)生的弱互調分量。因此，需采用易匹配且線 性度高的功率合成器，如阻性功率合成器。他基本上完全線性，自己不會產(chǎn)生互 調分量，并且各個端口具有良好的匹配性。(4) 增強測試系統(tǒng)的匹配性系統(tǒng)的匹配性非常重要，為確保系統(tǒng)的良好匹配，可在功率合成器與DCT 之間和頻譜儀與DUT之間分別加一個610 dB的固定衰減器o系統(tǒng)統(tǒng)一采用 50Q匹

7、配。(5) 選用動態(tài)范圍大的頻譜分析儀頻譜儀的動態(tài)范偉1是指在能以給定不確定度測最較小信號的頻譜分析儀輸 入端同時存在的最大信號與最小佇號Z比。當測試高IP3時，輸入頻譜儀的單音 信號幅度很大而三階互調分最幅度乂很小，如果頻譜儀的動態(tài)范圍不夠將無法同 時測出這2種信號的大小，因此需選用大動態(tài)范圉的頻譜分析儀。(6) 需判別測試結果的有效性頻譜分析儀的前端結構如圖4所示。頻譜分析儀的IP3通常不高，如安捷倫 PSA系列頻譜儀(E444xA)在混頻器輸入電平為一30 dBm時，其IIP3小于+ 20 dBm。 所以測試高IP3時不能忽略頻譜儀的非線性，輸入DUT的強單音信號也會在頻譜 儀中相互調制

8、產(chǎn)生同頻的互調分量。當該互調分最較大時就需判斷頻譜儀上顯示 的互調分量主要是DCT產(chǎn)生的還是頻譜儀口身產(chǎn)生的，即判斷測試結果是否有 效。下面總結了 3種判斷方法：爐;$入陽4覧謂分析儀備構田 改變頻譜儀射頻輸入衰減器的衰減量(如加大或減小10 dB),觀察互調分最的電半值是否相應減少或增加。如果該電半值改變了，則說明頻譜儀產(chǎn)生的互 調分量電平值不能忽略，測試結果無效。這是最簡單的判斷方法。 在其他條件不變的情況下，比較加上DUT和不加DUT測得的互調分量電半 值。如果后者的電平值比前者的小得多則說明所測結果是DUT產(chǎn)生的互調分暈； 否則，測試結果無效。 一般的頻譜儀手則上都會給出在混頻器輸入信

9、號電平為某個值(如一30 dBm)時各個頻段三階互調失真的大小或直接給出各個頻段IIP3的值。因此，可 利用式仃)和式(2)計算頻譜分析儀產(chǎn)生的三階互調分量大小。比較計算結果與測 試結果，如果計算值比測試結果小得多，則測試結果為有效值。當測試結果無效時，解決辦法之一是減小2個單音信號的輸入電平或加大頻 譜儀輸入衰減器的衰減量。另一種是用測試結果(dBm轉化為mW)減去利用判斷方 法得出的頻譜儀互調分量大小(mW),從而得到DUT互調分量的大小(mW)。 在測試過程中還需注意：(1) IP3的計算式(1)是在假設輸入DCT的2個干擾信號電平相等的前提下得 到的。如果2個干擾信號電平不等，計算公式

10、需調整：OIP3 y(IMD3 + P +=IIP3 + G(2) -般情況下，當2個單音信號的幅度均減少ldB時，三階互調分量的電 平值會減少3 dB, IMD3將相應增加2dB°可見，減少單音信號的輸入幅度可大 大減少三階互調分最的幅度。因此，要減少測試環(huán)境中其他配件的非線性對測試結果的影響，最行之有效 的方法是盡可能地減小單音信號的電平值。(3) 測試環(huán)境中的連接電纜應盡量不要彎曲(特別是在接頭處)，以防止增加 信號反射，產(chǎn)生過多的互調產(chǎn)物，影響測試準確性。為保持測試系統(tǒng)互調特性的 穩(wěn)定，測試環(huán)境不要輕易挪動，每個端口的接頭都要擰緊。3實驗根據(jù)該測試方法，對CDMA2000基站

11、接收通道射頻輸入部分(從低噪聲放大器 輸岀端到第一混頻器輸岀端)的IP3進行了測試。其測試原理圖如圖5所示。M 中，E4432B和E4440A均為Agilent公司的測試儀器。信號源輸出的單音信號頻率是根據(jù)3GPP2協(xié)議耍求來確定的：分別偏離中心頻率(454 MHz) +900 kHz和+ 1700 kHzo離IP3的需試原理圖在混頻器輸出端的信號頻率分別為709 MHz和71. 7 MHz,即分別偏離中 頻頻率(70 MHz)+900 kHz和+ 1 700 kHz,用E4440A測得DUT信號經(jīng)衰減器后 的電平值均為一178 dBm。表1是測試結果。»1 CDMA2000 X站接牧通逋射疑入部分的IP3W試E4440A相關數(shù)MD3/dBHP3/dBmATT/dBmR.f/dBmRBW/HiVBW/HiSpan/kHs20-153003005008330.530-!$3002008X230.6如果采用一般的測試方法，得到的IIP3值為287 dBm。由此可見，采用 上