射頻電纜的無(wú)源互調(diào)測(cè)試

 一、無(wú)源互調(diào)介紹

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，日益增加的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信息必須在一個(gè)固定帶寬中傳輸，無(wú)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(dāng)兩個(gè)頻率以上的信號(hào)以一個(gè)非線性形式混合在一起時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一些偽信號(hào)，這就是無(wú)源互調(diào)信號(hào)。當(dāng)這些偽互調(diào)信號(hào)落在基站的接收(上行)頻段內(nèi)時(shí)，接收機(jī)就會(huì)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(wú)源互調(diào)的原因很多，其中包括機(jī)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(shí)上，很難準(zhǔn)確預(yù)知器件的 無(wú)源互調(diào)值，測(cè)量所得的數(shù)據(jù)只能用來(lái)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(huì)導(dǎo)致互調(diào)指標(biāo)的嚴(yán)重變化，所以一些生產(chǎn)廠商通過(guò)對(duì)產(chǎn)品100%的 檢驗(yàn)來(lái)保證基站中使用的射頻器件的無(wú)源互調(diào)水平都能滿足指標(biāo)要求。

當(dāng)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上頻率時(shí)，基站的大功率傳輸通道中的每個(gè)組件和子系統(tǒng)都會(huì)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(duì)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(duì)于集成電纜的指標(biāo)及其在通信基站中的使用是一個(gè)非常重要的因素。

二、電纜互調(diào)測(cè)試的實(shí)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(wú)源互調(diào)響應(yīng)：反射互調(diào)和通過(guò)互調(diào)。圖1為Summitek公司的無(wú)源互調(diào)分析儀測(cè)量這兩個(gè)互調(diào)信號(hào)的原 理。在SI-1900A型設(shè)備中，通過(guò)端口1向集成電纜注入兩個(gè)大功率信號(hào)，電纜的另一端與端口2連接。端口2作為這兩個(gè)大功率信號(hào)的負(fù)載，并且其無(wú)源反 射互調(diào)很小，可忽略。在端口1處測(cè)量反射無(wú)源互調(diào)響應(yīng)，在端口2處測(cè)量通過(guò)(即前向)無(wú)源互調(diào)。與目前使用的大多數(shù)無(wú)源互調(diào)測(cè)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(shí)測(cè)量，而不需要重新接駁。這樣可以避免重新接駁時(shí)所必須的配對(duì)和再配對(duì)操作，從而使反 射響應(yīng)和通過(guò)響應(yīng)的測(cè)量誤差最小化。將該特性與Summitek分析儀的掃頻互調(diào)測(cè)量功能相結(jié)合，就可以對(duì)電纜完整的互調(diào)特性做測(cè)量了。

圖1(a) Summitek 無(wú)源互調(diào)失真分析儀對(duì)反射和通過(guò)互調(diào)響應(yīng)的測(cè)試框圖

圖1(b)用于集成電纜互調(diào)測(cè)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(duì)集成電纜的反射和通過(guò)互調(diào)特性的理解。

圖2 用來(lái)說(shuō)明集成電纜反射和通過(guò)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(gè)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(shuō)，盡管當(dāng)信號(hào)沿著電纜的長(zhǎng)度傳輸，電纜本身會(huì)產(chǎn)生損耗和 群時(shí)延，但是相對(duì)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(lái)表示。用IMa和IMb來(lái)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(gè)接頭中單一的一點(diǎn)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(lái)將兩個(gè)+43dBm的信號(hào)注入集成電纜(見圖1(a)的框圖)。這兩個(gè)信 號(hào)在圖2中表示為向量A1和A2。無(wú)源互調(diào)測(cè)試系統(tǒng)本身也會(huì)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)?。假定，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(shuō)，這兩個(gè)互調(diào)源之間的電磁波距離可以忽略不計(jì)。

模型的右邊是端口2，該端口也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(wú)源互調(diào)的測(cè)量模型，以下幾條值得關(guān)注：

每個(gè)測(cè)試端口都有與其相關(guān)的4個(gè)互調(diào)響應(yīng)。其中兩個(gè)是接頭末端產(chǎn)生的，另兩個(gè)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(huì)通過(guò)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(cè)量。

電纜a端的互調(diào)(IMa)和端口1的互調(diào)(IM1)會(huì)通過(guò)電纜進(jìn)行傳輸，從而產(chǎn)生的通過(guò)互調(diào)響應(yīng)可以在端口2處測(cè)量。

通過(guò)這個(gè)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(jì)互調(diào)特性

雖然預(yù)計(jì)一個(gè)給定的射頻器件的互調(diào)絕對(duì)值是非常困難的，但是單個(gè)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(lái)。

首先，我們已經(jīng)知道了每一個(gè)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：

三階互調(diào)的頻率為：

w3 ≡2ω2 −ω1

其中

t：時(shí)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)稍微復(fù)雜。兩個(gè)載波產(chǎn)生的互調(diào)響應(yīng)可以通過(guò)電纜傳輸函數(shù)H(w)表示。為了簡(jiǎn)化公式，和消除非線性功率對(duì)互調(diào)產(chǎn)物及其載波的影響，假設(shè)電纜是無(wú)損耗的。