通信系統(tǒng)中無源互調(diào)失真的測(cè)量

關(guān)鍵字：無源器件 混頻 互調(diào)失真 功率合成器 定向耦合器

前言 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，當(dāng)多個(gè)頻率的載波信號(hào)通過一些無源器件時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真。無源器件如天線、電纜、濾波器等，由于其機(jī)械連接的不可靠，使用具有磁滯特性的材料，污損的接觸面等原因，不同頻率的信號(hào)在不材料連接處非線性混頻，產(chǎn)生不同幅度的互調(diào)產(chǎn)物，而這些互調(diào)失真信號(hào)又表現(xiàn)為通信頻帶中的干擾信號(hào)，使系統(tǒng)的信噪比下降，嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。實(shí)際上，在我們平時(shí)的設(shè)計(jì)和測(cè)量中，一般對(duì)有源互調(diào)寄予比較多的關(guān)注，如由放大器、混頻器等產(chǎn)生的互調(diào)失真，而有源互調(diào)的測(cè)量，由于互調(diào)失真與載波的相對(duì)幅度差較小，故測(cè)量易于實(shí)現(xiàn)。隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展和系統(tǒng)質(zhì)量的提高,無源互調(diào)的測(cè)量與分析將會(huì)日益受到重視。

測(cè)量的建立 當(dāng)測(cè)量功率合成器的互調(diào)失真時(shí)，可使用如下圖的傳統(tǒng)測(cè)量方法：

圖一

如圖示，采用Anritsu公司的68347信號(hào)源輸出的高功率連續(xù)波信號(hào)分別輸入到功率合成器的兩個(gè)端口。每一載波的頻率在測(cè)量需要的帶寬內(nèi)合適設(shè)定，功率合成器有兩種作用：即為被測(cè)器件，又將兩路信號(hào)合成為一路信號(hào)。功率合成器產(chǎn)生的互調(diào)信號(hào)傳輸?shù)诫p工器端口，接收帶寬內(nèi)的互調(diào)信號(hào)用頻譜分析儀測(cè)量。

現(xiàn)代無源互調(diào)分析儀，可輸出預(yù)先組合的雙頻信號(hào)?；フ{(diào)儀具有兩個(gè)射頻端口，端口一可輸出兩個(gè)高功率電平的雙頻信號(hào)，經(jīng)過被測(cè)器件后進(jìn)入分析儀的端口二，端口一的反射信號(hào)同時(shí)也進(jìn)入分析儀的接收機(jī)。分析儀可在傳輸模式和反射模式兩種狀態(tài)下工作，分別測(cè)量被測(cè)件的傳輸互調(diào)失真和反射互調(diào)失真。

實(shí)際上，對(duì)被測(cè)件而言，不同因素產(chǎn)生的互調(diào)失真都為矢量信號(hào)，它們相對(duì)的相位關(guān)系將決定被測(cè)件在特定狀態(tài)下的互調(diào)失真的總幅度。在傳輸測(cè)量中，不同的互調(diào)產(chǎn)物在到達(dá)端口二時(shí)均同相，而在反射測(cè)量中，到達(dá)端口一的互調(diào)失真為端口一的總響應(yīng)和端口二上互調(diào)源的相移響應(yīng)。因此，反射互調(diào)失真為頻率和被測(cè)件電長度的函數(shù)。

使用互調(diào)儀測(cè)量上述功率合成器的互調(diào)響應(yīng)，測(cè)量連接如下圖：

圖二

如圖，互調(diào)儀的端口一接功率合成器的被測(cè)輸入口，這樣可以測(cè)量功率合成器的A1、A2 和B端口的互調(diào)失真。互調(diào)儀的傳輸模式測(cè)量端口B的前向互調(diào)失真，反射模式測(cè)量端口A1的互調(diào)失真。如圖示，如果端口A1作為驅(qū)動(dòng)端口，端口A2應(yīng)接低互調(diào)失真負(fù)載，以理想地測(cè)試功率合成器的互調(diào)失真。通過換接端口A1、A2,功率合成器每一輸入端口的互調(diào)均可被測(cè)量。

把上面兩種方法作一比較：圖一中，功率合成器連接處和端口B承載兩個(gè)連續(xù)波功率，測(cè)量的互調(diào)失真為這兩個(gè)因素的總的互調(diào)失真。如果每一端口的入射信號(hào)均為非調(diào)制信號(hào)，這種方法準(zhǔn)確測(cè)量了功率合成器的真正互調(diào)性能，但是受到頻譜分析儀的固有互調(diào)失真的限制。如果功率合成器在輸出、輸入端口均為調(diào)制信號(hào)，圖二提供的測(cè)量結(jié)果更有實(shí)際意義。
測(cè)量方法 下面主要討論采用無源互調(diào)分析儀測(cè)量時(shí)提高測(cè)量準(zhǔn)確度的方法：

（一）測(cè)量兩端口器件的前向無源互調(diào)失真時(shí)，可采用直接的連接方法：被測(cè)件的輸入端口接分析儀的端口一，輸出端口接分析儀的端口二。這種方法的測(cè)量誤差隨頻率和連接端口二與被測(cè)件的電纜長度的變化而變化。而且，由于互調(diào)儀的端口一和端口二僅在測(cè)量的發(fā)射和接收帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，故在分析儀輸出載波信號(hào)的諧波頻率范圍內(nèi)，將產(chǎn)生大的駐波，這樣，即使被測(cè)件在高功率載波的基波和諧波頻率范圍內(nèi)具有良好的阻抗匹配特性，這種測(cè)量方法的建立仍產(chǎn)生出不同的互調(diào)電平。采用下圖的方法，可取得理想的測(cè)量結(jié)果。

圖三

如圖三，首先，使用的定向耦合器必須要有足夠低的固有互調(diào)特性，其耦合度介于10~30dB之間，過大的耦合值使得被測(cè)的互調(diào)信號(hào)淹沒在分析儀端口二的噪聲底帶之中，過小的耦合度將增加測(cè)量誤差。定向耦合器如此連接，以便雙頻載波和產(chǎn)生的互調(diào)均可傳輸?shù)今詈隙丝冢詈掀鞯膫鬏敱劢拥突フ{(diào)失真終端負(fù)載。耦合器的反向耦合端口匹配一標(biāo)準(zhǔn)五十歐姆終端負(fù)載。測(cè)量前，首先直接連接定向耦合器（好的電纜和適配器）到分析儀的兩端口做殘余互調(diào)的檢查。這種測(cè)量建立提供了寬帶的阻抗匹配，有效地降低了載波的諧波頻率范圍內(nèi)的駐波，穩(wěn)定的測(cè)試條件得到更有意義的測(cè)量結(jié)果。

（二）高互調(diào)電平的無源互調(diào)失真測(cè)量 ：

一般地，無源互調(diào)失真分析儀系統(tǒng)都有一線性工作區(qū)，如為-75~-125dBm,如果接受機(jī)的IM電平大于-75dBm,接收機(jī)的測(cè)量誤差將增大。對(duì)于測(cè)量前向互調(diào)電平，可采用如圖三的測(cè)試方法。定向耦合器的這種連接方法使得雙載波和產(chǎn)生的互調(diào)信號(hào)都流向耦合端口，耦合器的傳輸臂的端口可接低互調(diào)失真負(fù)載

同樣的方法可適用于反向互調(diào)的測(cè)量，建立如下圖：

圖四

圖示為被測(cè)件的反向互調(diào)測(cè)量，注意圖四的定向耦合器相比圖三反接。定向耦合器的正向和反向耦合端口均接標(biāo)準(zhǔn)五十歐姆負(fù)載，傳輸臂接被測(cè)件，在被測(cè)件的輸出端接一低互調(diào)失真負(fù)載，這使得傳輸?shù)蕉丝谝坏幕フ{(diào)信號(hào)最終在端口二得到測(cè)量。

在上述兩種建立中，定向耦合器的耦合端口都接一固定衰減器，衰減器的值決定于期望的互調(diào)電平，衰減器的作用是進(jìn)一步減小互調(diào)電平使其低于單獨(dú)使用定向耦合器時(shí)的電平值。在這兩種方法中，測(cè)量系統(tǒng)的建立都要避免產(chǎn)生有效的殘余互調(diào)電平。在測(cè)量時(shí)，衰減器的衰減值可由小到大變化，以使被測(cè)的互調(diào)電平衰減后達(dá)到互調(diào)儀接收機(jī)的線性工作區(qū)。測(cè)量結(jié)果要考慮衰減器的衰減值和定向耦合器的耦合值。

小結(jié)現(xiàn)階段無源互調(diào)失真的測(cè)量，理論和方法都還處于初步階段，有些測(cè)量方法也不夠成熟。隨著射頻技術(shù)的發(fā)展，這一參數(shù)的測(cè)量將會(huì)愈加受到重視，測(cè)量設(shè)備也會(huì)更為完善，測(cè)量準(zhǔn)確度也將大大提高。

附英文標(biāo)題、摘要及關(guān)鍵詞：

Measurement Of Passive Intermodulation Distortion In Communication System

Abstract This paper introduce the measurement method of passive intermodulation distortion, and mainly

discuss the test principle of modern passive intermodulation distortion analyzer, the setup of measurement system and means of improve the measurement accuracy.

Keywords Passive Device Intermodulation Distortion Power combiner
Directional Coupler

參考文獻(xiàn)：

1．http:www.tec.ch To closely liaise with TC102 for matters relevant to antennas and SC48B for connetors with respect to PIM.

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3.application note ＃1900-1，application note ＃1900-2，application note ＃1900-3，
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