高效测量三阶互调频率截取点的技术方法

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三阶互调截取点(IP3)是衡量通信系统线性度的一个重要指标,它反映了系统在受到强信号干扰时的互调失真程度。然而,当系统的IP3较高时,精确测试IP3变得困难,因为测试环境中的各种因素(如测试配件的隔离度、线性度和匹配性等)都会对高IP3的测试结果产生影响。
 
在微波多载波通信系统中,三阶互调截取点(IP3)是一项重要的测试指标,用于衡量器件的线性度和失真性能。
 
交调失真在模拟微波通信中会导致邻道信号串扰,在数字微波通信中会降低系统的频谱利用率并使误码率恶化。
 
容量较大的系统对IP3要求更高,较高的IP3表示器件具有更好的线性度和较少的失真,因此准确测量IP3的大小非常重要。
 
接下来介绍一种常用的三阶互调截取点的测量方法:
 
三阶互调截取点的计算
 
当两个或多个正弦信号经过放大器时,由于放大器的非线性作用,输出会包含多种频率的分量,其中三阶交调分量的功率电平最大。假设两个基频信号的频率分别为F1和F2,则三阶交调分量的频率为2F1-F2和2F2-F1。我们关注的是这些频率落在频带内的非线性产物。
 
在图中,可以看到随着输入功率逐渐增加,基频信号Y1与三阶交调信号Y2相交。对应的输出功率为OIP3。此时的输入功率被定义为输入三阶交调截取点(IIP3),输出功率被定义为输出三阶交调截取点(OIP3)。
 
测量方法
 
 通常采用以下方法进行测量:给放大器一个输入功率P1,对应的输出功率为B。根据图示中的关系,有B+A=OIP3,其中A=D/2。根据图示可知,D=P2-P3。代入公式中,得到A=(P2-P3)/2。将其代入B+A=OIP3,可得OIP3=(P2-P3)/2+B。
 
通过计算出OIP3,可以得到IIP3=OIP3-GAIN,其中GAIN是放大器的增益。
 
实例
 
被测器件:低噪声放大器
 
频率范围:880~930MHz
噪声系数:2.2dB
回波损耗:>18 dB
增益:20 dB
电源:+12V,250mA
 
设备:
 
信号源:HP8648B
频谱仪:Agilent8560EC
电源:HP3631A
 
测量步骤:
 
按照图B的连接方式设置好测试台。
 
将两个信号源调节到带内的两个相邻频率,例如F1=901MHz,F2=902MHz。
 
设置频谱仪的衰减电平为10 dB,参考电平为0 dB,范围(SPAN)为5MHz,中心频率设置为901.5MHz。
 
调节稳压电源输出为DC12V。
 
打开稳压电源,分别打开信号源,并微调信号源输出功率,使得放大器的输出功率均为-7dBm。
 
同时打开两个信号源,此时可以在频谱分析仪上同时观察到基频信号和三阶交调信号。
 
按下PEAK SEARCH键,MARKER点会自动搜索到基频信号的峰值点。然后按下MARKER DELTA键,再按下NEXT LIFT或NEXT RIGHT键(具体按键根据MARKER点的位置确定),此时可以直接从频谱分析仪上读取MARKER DELTA的值(即图2中D的值)。
 
使用式5和式6计算出OIP3和IIP3的值。 假设频谱仪上读取的MARKER DELTA值为70,则该放大器的: OIP3 = 70/2 + (-7) = 28dBm IIP3 = 28 - 20 = 8dBm
 
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