通信系統(tǒng)中無源互調失真的測量

關鍵字：無源器件 混頻 互調失真 功率合成器 定向耦合器

前言 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，當多個頻率的載波信號通過一些無源器件時，都會產生互調失真。無源器件如天線、電纜、濾波器等，由于其機械連接的不可靠，使用具有磁滯特性的材料，污損的接觸面等原因，不同頻率的信號在不材料連接處非線性混頻，產生不同幅度的互調產物，而這些互調失真信號又表現(xiàn)為通信頻帶中的干擾信號，使系統(tǒng)的信噪比下降，嚴重影響通信系統(tǒng)的容量和質量。實際上，在我們平時的設計和測量中，一般對有源互調寄予比較多的關注，如由放大器、混頻器等產生的互調失真，而有源互調的測量，由于互調失真與載波的相對幅度差較小，故測量易于實現(xiàn)。隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展和系統(tǒng)質量的提高,無源互調的測量與分析將會日益受到重視。

測量的建立 當測量功率合成器的互調失真時，可使用如下圖的傳統(tǒng)測量方法：

                                        圖一

如圖示，采用Anritsu公司的68347信號源輸出的高功率連續(xù)波信號分別輸入到功率合成器的兩個端口。每一載波的頻率在測量需要的帶寬內合適設定，功率合成器有兩種作用：即為被測器件，又將兩路信號合成為一路信號。功率合成器產生的互調信號傳輸到雙工器端口，接收帶寬內的互調信號用頻譜分析儀測量。

現(xiàn)代無源互調分析儀，可輸出預先組合的雙頻信號?；フ{儀具有兩個射頻端口，端口一可輸出兩個高功率電平的雙頻信號，經過被測器件后進入分析儀的端口二，端口一的反射信號同時也進入分析儀的接收機。分析儀可在傳輸模式和反射模式兩種狀態(tài)下工作，分別測量被測件的傳輸互調失真和反射互調失真。

實際上，對被測件而言，不同因素產生的互調失真都為矢量信號，它們相對的相位關系將決定被測件在特定狀態(tài)下的互調失真的總幅度。在傳輸測量中，不同的互調產物在到達端口二時均同相，而在反射測量中，到達端口一的互調失真為端口一的總響應和端口二上互調源的相移響應。因此，反射互調失真為頻率和被測件電長度的函數。

使用互調儀測量上述功率合成器的互調響應，測量連接如下圖：

                                        圖二

如圖，互調儀的端口一接功率合成器的被測輸入口，這樣可以測量功率合成器的A1、A2 和B端口的互調失真?；フ{儀的傳輸模式測量端口B的前向互調失真，反射模式測量端口A1的互調失真。如圖示，如果端口A1作為驅動端口，端口A2應接低互調失真負載，以理想地測試功率合成器的互調失真。通過換接端口A1、A2,功率合成器每一輸入端口的互調均可被測量。

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承載兩個連續(xù)波功率，測量的互調失真為這兩個因素的總的互調失真。如果每一端口的入射信號均為非調制信號，這種方法準確測量了功率合成器的真正互調性能，但是受到頻譜分析儀的固有互調失真的限制。如果功率合成器在輸出、輸入端口均為調制信號，圖二提供的測量結果更有實際意義。
測量方法 下面主要討論采用無源互調分析儀測量時提高測量準確度的方法：

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

                                     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特性，其耦合度介于10~30dB之間，過大的耦合值使得被測的互調信號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量誤差。定向耦合器如此連接，以便雙頻載波和產生的互調均可傳輸到耦合端口，耦合器的傳輸臂接低互調失真終端負載。耦合器的反向耦合端口匹配一標準五十歐姆終端負載。測量前，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的檢查。這種測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的駐波，穩(wěn)定的測試條件得到更有意義的測量結果。

（二）高互調電平的無源互調失真測量 ：

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

同樣的方法可適用于反向互調的測量，建立如下圖：

                                       圖四

圖示為被測件的反向互調測量，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準五十歐姆負載，傳輸臂接被測件，在被測件的輸出端接一低互調失真負載，這使得傳輸到端口一的互調信號最終在端口二得到測量。

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電平，衰減器的作用是進一步減小互調電平使其低于單獨使用定向耦合器時的電平值。在這兩種方法中，測量系統(tǒng)的建立都要避免產生有效的殘余互調電平。在測量時，衰減器的衰減值可由小到大變化，以使被測的互調電平衰減后達到互調儀接收機的線性工作區(qū)。測量結果要考慮衰減器的衰減值和定向耦合器的耦合值。

小結現(xiàn)階段無源互調失真的測量，理論和方法都還處于初步階段，有些測量方法也不夠成熟。隨著射頻技術的發(fā)展，這一參數的測量將會愈加受到重視，測量設備也會更為完善，測量準確度也將大大提高。

附英文標題、摘要及關鍵詞：

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：

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

2.Passive Intermodulation Distortion Analyzer, User's Guide , Summitekinstruments

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