解讀射頻電纜的無源互調(diào)測試

一、無源互調(diào)介紹

在無線通信系統(tǒng)中，日益增加的語音和數(shù)據(jù)信息必須在一個固定帶寬中傳輸，無源互調(diào)失真已經(jīng)成為限制系統(tǒng)容量的重要因素。就好像在有源器件中，當兩個頻率以上的信號以一個非線性形式混合在一起時，就會產(chǎn)生一些偽信號，這就是無源互調(diào)信號。當這些偽互調(diào)信號落在基站的接收(上行)頻段內(nèi)時，接收機就會發(fā)生減敏現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可以降低通話質(zhì)量，或者降低系統(tǒng)的載干比(C/I)，從而減少通信系統(tǒng)的容量。

造成無源互調(diào)的原因很多，其中包括機械接觸不良，射頻通道中的含鐵導(dǎo)體，和射頻導(dǎo)體表面的污染。事實上，很難準確預(yù)知器件的 無源互調(diào)值，測量所得的數(shù)據(jù)只能用來大致描述器件的性能。由于結(jié)構(gòu)技術(shù)方面的微小改變都會導(dǎo)致互調(diào)指標的嚴重變化，所以一些生產(chǎn)廠商通過對產(chǎn)品100%的 檢驗來保證基站中使用的射頻器件的無源互調(diào)水平都能滿足指標要求。

當存在兩個或兩個以上頻率時，基站的大功率傳輸通道中的每個組件和子系統(tǒng)都會產(chǎn)生互調(diào)失真。本文僅關(guān)注其中的一種組件：集成電纜。針對集成電纜產(chǎn)生的互調(diào)失真既是有方向性的，又是依賴于頻率的理解，對于集成電纜的指標及其在通信基站中的使用是一個非常重要的因素。

二、電纜互調(diào)測試的實現(xiàn)

一 條集成電纜(或者是任何兩端口射頻器件)都有兩種無源互調(diào)響應(yīng)：反射互調(diào)和通過互調(diào)。圖1為Summitek公司的無源互調(diào)分析儀測量這兩個互調(diào)信號的原 理。在SI-1900A型設(shè)備中，通過端口1向集成電纜注入兩個大功率信號，電纜的另一端與端口2連接。端口2作為這兩個大功率信號的負載，并且其無源反 射互調(diào)很小，可忽略。在端口1處測量反射無源互調(diào)響應(yīng)，在端口2處測量通過(即前向)無源互調(diào)。與目前使用的大多數(shù)無源互調(diào)測試設(shè)備不同的 是，Summitek公司的互調(diào)分析儀支持前向和反向互調(diào)響應(yīng)的同時測量，而不需要重新接駁。這樣可以避免重新接駁時所必須的配對和再配對操作，從而使反 射響應(yīng)和通過響應(yīng)的測量誤差最小化。將該特性與Summitek分析儀的掃頻互調(diào)測量功能相結(jié)合，就可以對電纜完整的互調(diào)特性做測量了。

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圖1(a) Summitek 無源互調(diào)失真分析儀對反射和通過互調(diào)響應(yīng)的測試框圖

圖1(b)用于集成電纜互調(diào)測量的分析儀圖片

三、電纜互調(diào)特性

圖2中的模型有助于對集成電纜的反射和通過互調(diào)特性的理解。

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圖2 用來說明集成電纜反射和通過互調(diào)響應(yīng)的模型

圖 中的中間部分是集成電纜本身。在這個模型中，關(guān)鍵是假定集成電纜中只有接頭部分產(chǎn)生互調(diào)。換句話說，盡管當信號沿著電纜的長度傳輸，電纜本身會產(chǎn)生損耗和 群時延，但是相對于接頭，電纜本身不產(chǎn)生大的互調(diào)，可以用圖2中H( )的傳輸函數(shù)來表示。用IMa和IMb來表示集成電纜接頭產(chǎn)生的互調(diào)響應(yīng)。在本模型中，我們假設(shè)互調(diào)只產(chǎn)生在每個接頭中單一的一點上，并且假設(shè)互調(diào)一旦產(chǎn) 生后，其雙向傳輸是等能量傳輸?shù)摹?/p>

模型的左邊是端口1，該端口用來將兩個+43dBm的信號注入集成電纜(見圖1(a)的框圖)。這兩個信 號在圖2中表示為向量A1和A2。無源互調(diào)測試系統(tǒng)本身也會產(chǎn)生互調(diào)，用向量IM1表示。注意，和該模型中的其他互調(diào)響應(yīng)一樣，IM1響應(yīng)也是自其產(chǎn)生處 雙向傳輸?shù)摹＜俣?，端?的互調(diào)響應(yīng)和電纜a端的互調(diào)是協(xié)同定位的，換句話說，這兩個互調(diào)源之間的電磁波距離可以忽略不計。

模型的右邊是端口2，該端口也會產(chǎn)生一個不希望出現(xiàn)的小互調(diào)能量，以IM2表示。所有用于端口1的假設(shè)同樣適用于端口2。通觀完整的集成電纜無源互調(diào)的測量模型，以下幾條值得關(guān)注：

每個測試端口都有與其相關(guān)的4個互調(diào)響應(yīng)。其中兩個是接頭末端產(chǎn)生的，另兩個是互調(diào)分析儀自身產(chǎn)物。

電纜b端的互調(diào)(IMb)和端口2的互調(diào)(IM2)會通過電纜反向傳輸，從而產(chǎn)生的反射互調(diào)響應(yīng)可以在端口1處測量。

電纜a端的互調(diào)(IMa)和端口1的互調(diào)(IM1)會通過電纜進行傳輸，從而產(chǎn)生的通過互調(diào)響應(yīng)可以在端口2處測量。

通過這個模型，集成電纜的互調(diào)值就可以被確定了。

四、使用模型預(yù)計互調(diào)特性

雖然預(yù)計一個給定的射頻器件的互調(diào)絕對值是非常困難的，但是單個互調(diào)源之間的相互作用在圖2的模型中可以很容易地被表現(xiàn)出來。

首先，我們已經(jīng)知道了每一個互調(diào)源的三階互調(diào)公式。以端口1和電纜a端的響應(yīng)開始，互調(diào)響應(yīng)為：

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三階互調(diào)的頻率為：

w3 ≡2ω2 ?ω1

其中

t：時間

IM1：端口1的三階互調(diào)響應(yīng)

IMa：電纜a端的三階互調(diào)響應(yīng)

σ1：端口1的互調(diào)系數(shù)，即端口1(=10[dBc/20.])的dBc響應(yīng)的簡單數(shù)字轉(zhuǎn)化

σa：端口a的互調(diào)系數(shù)，即端口a(=10[dBc/20.])的dBc響應(yīng)的簡單數(shù)字轉(zhuǎn)化

ω1, 2, 3：分別為載波1，載波2和產(chǎn)生的三階互調(diào)響應(yīng)的頻率弧度

電纜b端和端口2的互調(diào)響應(yīng)相對稍微復(fù)雜。兩個載波產(chǎn)生的互調(diào)響應(yīng)可以通過電纜傳輸函數(shù)H(w)表示。為了簡化公式，和消除非線性功率對互調(diào)產(chǎn)物及其載波的影響，假設(shè)電纜是無損耗的。