通信系統(tǒng)中無源互調(diào)失真的測(cè)量

鳳衛(wèi)鋒



　　摘要：本文介紹了無源器件互調(diào)失真的測(cè)量方法，重點(diǎn)闡述了現(xiàn)代無源互調(diào)分析儀的測(cè)量原理，測(cè)量系統(tǒng)的建立和提高測(cè)量準(zhǔn)確度的方法。


　　關(guān)鍵詞：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：






　　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(zhǎng)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：







　　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：


　�。ㄒ唬�測(cè)量?jī)啥丝谄骷�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(zhǎng)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。





　　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�耦合器的傳輸臂接低互調(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。


　�。ǘ�）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。




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