三阶互调频率截取点测试方法

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一、前  言

三阶交截点(IP3)是衡量通信系统线性度的一个重要指标,他反映了系统受到强信号干扰时互调失真的大小。当系统的IP3较高时,要精确测试IP3会比较困难,因为测试环境中各种因素(如测试配件的隔离度、线性度和匹配性等)都容易影响高IP3的测试。

在微波多载波通信系统中,诸多的测试指标中,有一项:三阶互调截取点IP3(THIRD-ORDER   INTERCEPT POINT),它是一个衡量器件线性度和失真性能的重要指标。

在模拟微波通信中,交调失真会产生邻道信号串扰,在数字微波通信中,会降低系统的频谱利用率,使误码率恶化。

容量越大的系统,对IP3的要求越高;IP3越高,表示器件的线性度越好,失真越少,因此,准确测量IP3的大小也显得由为重要。

接下来就着重介绍三阶互调截取点的测量方法:

二、三阶互调截取点的计算

当两个或多正弦信号经过放大器时,此时由于放大器的非线性作用,会输出包括多种频率的分量,其中以三阶交调分量的功率电平最大,它是非线性中的三次项产生的,假设两基频信号的频率分别是F1和F2,那么,三阶交调分量的频率为2F1-F2和2F2-F1,由于该频率落在频带内,是我们关注的非线性产物,如图1所示

4.1

如图2所示是基频信号与三阶交调信号随输入功率的增加而产生的曲线:

4.2

由图可以看出Pin逐渐增加至IIP3时,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IIP3被定义为:输出三阶交调截取点(INPUT THIRD-ORDERINTERCEPT POINT)OIP3被定义为输出三阶交调截取点(OUTPUT THIRD-ORDERINTERCEPT POINT)。

如图B所示,将放大器的一阶交调(即基频信号)Y1的斜率用G表示,那么,三阶交调信号Y2的斜率即为3G/G,即:三阶交调信号输出功率的斜率是基频输出功率斜率的三倍。

当输入功率Pin等于IIP3时,对应的基频输出功率和三阶交调信号输出功率都等于OIP3,我们要测量的三阶交调也就是在这种情况下对应的输入和输出功率电平的大小。在实际情况中,此时的输入功率和输出功率均比较大,不便于测量。

因此,通常可以采取如下测量方法:如图B所示,给放大器一个输入功率P1,这时对应的输出功率为B,那么:

B+A=OIP3(1)

又因三阶交调信号输出功率的斜率是基频输出功率斜率的三倍,因此:

A=D/2  (2)

又由图示可以看出:

D=P2-P3(3)

将3代入2,可得:

A=(P2-P3)/2(4)

将4代入1,可得:

OIP3=(P2-P3)/2+B(5)

计算出OIP3后,就不难得知:

IIP3=OIP3-GAIN(6)

三、测量设备

如图3所示是IP3测试台的框图:

4.3

四、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:

  1. 按图B所示连接好测试台.
  2. 将两信号源调节频率到带内两相临频率,如F1=901MHz;F2=902MHz
  3. 设置频谱仪的衰减电平为10 dB,参考电平为0 dB,范围(SPAN):5MHz,中心频率为:901.5MHz。
  4. 将稳压电源调节到:DC12V.
  5. 打开稳压电源,分别打开信号源,微调信号源,使得放大器的输出均为-7dBm。
  6. 同时打开两信号源,此时可以同时在频谱分析仪上看到基频信号和三阶交调信号。
  7. 按PEAK SEARCH 键,MARKER点会搜索到基频信号峰值点上。然后按下MARKER DELTA,再按下NEXT LIFT 或 NEXT RIGHT键(具体按键依据MARKER点的位置所定),此时,可以从频谱分析仪上直接读出MARKER DELTA(即:图2所示D的值)。
  8. 由式5和式6计算出OIP3和IIP3的值。
  • 假设:从频谱仪上读到MARKER DELTA 的值为70.
  • 那么:该放大器的
  • OIP3=70/2+(-7)=28dBm.
  • IIP3=28-20=8dBm.

来源:滤波器

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