射频电缆的无源互调测试

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一、无源互调介绍

在无线通信系统中,日益增加的语音和数据信息必须在一个固定带宽中传输,无源互调失真已经成为限制系统容量的重要因素。就好像在有源器件中,当两个频率以上的信号以一个非线性形式混合在一起时,就会产生一些伪信号,这就是无源互调信号。当这些伪互调信号落在基站的接收(上行)频段内时,接收机就会发生减敏现象。这种现象可以降低通话质量,或者降低系统的载干比(C/I),从而减少通信系统的容量。

 

造成无源互调的原因很多,其中包括机械接触不良,射频通道中的含铁导体,和射频导体表面的污染。事实上,很难准确预知器件的 无源互调值,测量所得的数据只能用来大致描述器件的性能。由于结构技术方面的微小改变都会导致互调指标的严重变化,所以一些生产厂商通过对产品100%的 检验来保证基站中使用的射频器件的无源互调水平都能满足指标要求。

 

当存在两个或两个以上频率时,基站的大功率传输通道中的每个组件和子系统都会产生互调失真。本文仅关注其中的一种组件:集成电缆。针对集成电缆产生的互调失真既是有方向性的,又是依赖于频率的理解,对于集成电缆的指标及其在通信基站中的使用是一个非常重要的因素。

 

二、电缆互调测试的实现

一 条集成电缆(或者是任何两端口射频器件)都有两种无源互调响应:反射互调和通过互调。图1为Summitek公司的无源互调分析仪测量这两个互调信号的原 理。在SI-1900A型设备中,通过端口1向集成电缆注入两个大功率信号,电缆的另一端与端口2连接。端口2作为这两个大功率信号的负载,并且其无源反 射互调很小,可忽略。在端口1处测量反射无源互调响应,在端口2处测量通过(即前向)无源互调。与目前使用的大多数无源互调测试设备不同的 是,Summitek公司的互调分析仪支持前向和反向互调响应的同时测量,而不需要重新接驳。这样可以避免重新接驳时所必须的配对和再配对操作,从而使反 射响应和通过响应的测量误差最小化。将该特性与Summitek分析仪的扫频互调测量功能相结合,就可以对电缆完整的互调特性做测量了。

 

图1(a) Summitek 无源互调失真分析仪对反射和通过互调响应的测试框图

图1(b)用于集成电缆互调测量的分析仪图片

 

三、电缆互调特性

图2中的模型有助于对集成电缆的反射和通过互调特性的理解。

 

图2 用来说明集成电缆反射和通过互调响应的模型

 

图 中的中间部分是集成电缆本身。在这个模型中,关键是假定集成电缆中只有接头部分产生互调。换句话说,尽管当信号沿着电缆的长度传输,电缆本身会产生损耗和 群时延,但是相对于接头,电缆本身不产生大的互调,可以用图2中H( )的传输函数来表示。用IMa和IMb来表示集成电缆接头产生的互调响应。在本模型中,我们假设互调只产生在每个接头中单一的一点上,并且假设互调一旦产 生后,其双向传输是等能量传输的。

 

模型的左边是端口1,该端口用来将两个+43dBm的信号注入集成电缆(见图1(a)的框图)。这两个信 号在图2中表示为向量A1和A2。无源互调测试系统本身也会产生互调,用向量IM1表示。注意,和该模型中的其他互调响应一样,IM1响应也是自其产生处 双向传输的。假定,端口1的互调响应和电缆a端的互调是协同定位的,换句话说,这两个互调源之间的电磁波距离可以忽略不计。

 

模型的右边是端口2,该端口也会产生一个不希望出现的小互调能量,以IM2表示。所有用于端口1的假设同样适用于端口2。通观完整的集成电缆无源互调的测量模型,以下几条值得关注:

每个测试端口都有与其相关的4个互调响应。其中两个是接头末端产生的,另两个是互调分析仪自身产物。

电缆b端的互调(IMb)和端口2的互调(IM2)会通过电缆反向传输,从而产生的反射互调响应可以在端口1处测量。

电缆a端的互调(IMa)和端口1的互调(IM1)会通过电缆进行传输,从而产生的通过互调响应可以在端口2处测量。

通过这个模型,集成电缆的互调值就可以被确定了。

 

四、使用模型预计互调特性

虽然预计一个给定的射频器件的互调绝对值是非常困难的,但是单个互调源之间的相互作用在图2的模型中可以很容易地被表现出来。

 

首先,我们已经知道了每一个互调源的三阶互调公式。以端口1和电缆a端的响应开始,互调响应为:

三阶互调的频率为:
w3 ≡2ω2 −ω1

其中
t:时间
IM1:端口1的三阶互调响应
IMa:电缆a端的三阶互调响应
σ1:端口1的互调系数,即端口1(=10[dBc/20.])的dBc响应的简单数字转化
σa:端口a的互调系数,即端口a(=10[dBc/20.])的dBc响应的简单数字转化
ω1, 2, 3:分别为载波1,载波2和产生的三阶互调响应的频率弧度

 

电缆b端和端口2的互调响应相对稍微复杂。两个载波产生的互调响应可以通过电缆传输函数H(w)表示。为了简化公式,和消除非线性功率对互调产物及其载波的影响,假设电缆是无损耗的。在公式中,这个假设表示为:

 

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