由二個(gè)頻率產(chǎn)生的三階互調(diào)失真是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中普遍存在的問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)中二個(gè)(或更多)的載頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)無(wú)源器件，如天線(xiàn),、電纜,、濾波器和雙工器時(shí)，由于其機(jī)械接觸的不可靠,，虛焊和表面氧化等原因,，在不同材料的連接處會(huì)產(chǎn)生非線(xiàn)性因素,，這就像混頻二極管。
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二個(gè)載頻信號(hào)(F1和F2)及其二次諧波(2F1和2F2)所進(jìn)一步產(chǎn)生的最大互調(diào)產(chǎn)物就是三階互調(diào)失真(2F1-F2和2F2-F1),。三階互調(diào)產(chǎn)物(IM3)的典型指標(biāo)是當(dāng)二個(gè)+43dBm的載頻信號(hào)同時(shí)加到被測(cè)器件(DUT)時(shí),，其產(chǎn)生的IM3值不大于-110dBm，也就是-153dBc,。
三階互調(diào)失真會(huì)降低通信系統(tǒng)的性能,。發(fā)射信號(hào)中過(guò)大的三階互調(diào)產(chǎn)物會(huì)干擾其它的接收機(jī)，最終造成接收機(jī)無(wú)法正常工作,。通常,，設(shè)計(jì)者較為關(guān)心有源器件的互調(diào)測(cè)試。但是隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展和系統(tǒng)質(zhì)量的提高,，對(duì)無(wú)源互調(diào)的測(cè)量也越來(lái)越重視了,。
WCDMA系統(tǒng)的無(wú)源互調(diào)
在GSM900/1800和800MHz CDMA通信系統(tǒng)中，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物會(huì)落入到它們各自的接收頻段,。而WCDMA頻段則不同,，其發(fā)射頻段(2110MHz～2170MHz)產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物不會(huì)落入到其自身的接收頻段(1920MHz～1980MHz)，而會(huì)落到發(fā)射頻段,。通過(guò)以下數(shù)學(xué)計(jì)算可以來(lái)驗(yàn)證這個(gè)現(xiàn)象,。
三階互調(diào)產(chǎn)物FIM3=2F1-F2，其中F1=[2110,、2170],，F(xiàn)2=[2110、2170],。要證明FIM3≠[1920,、1980]，只要求出FIM3的取值范圍,，再看這個(gè)集合與[1920,、1980]是否有交集即可。
要求FIM3的取值范圍,，關(guān)鍵要求出其最小值FIM3(min)和最大值FIM3(max)：FIM3(min)=2F1min-F2max=2×2110-2170=2050;FIM3(max)=2F1max-F2min=2×2170-2110=2230,。可見(jiàn),，F(xiàn)IM3=[2050,、2230]與[1920、1980]無(wú)相交部分,，也就是說(shuō)FIM3≠[1920,、1980]。
通過(guò)計(jì)算工具也可以表征WCDMA頻段三階互調(diào)的變化趨勢(shì)，這種變化趨勢(shì)與上述計(jì)算結(jié)果是一致的,，見(jiàn)圖1所示,。
圖1a表示了當(dāng)F1=2110.0MHz，F(xiàn)2從2110.0MHz向2170.0MHz方向變化時(shí),，IM3從2050.0向2110.0MHz的變化趨勢(shì);圖1b表示了當(dāng)F1=2110.0MHz,，F(xiàn)2從2170.0MHz向2110.0MHz方向變化時(shí)，IM3從2230.0向2110.0MHz的變化趨勢(shì),。
從以上情況可以發(fā)現(xiàn),，無(wú)論F1和F2在2110.0MHz～2170.0MHz范圍內(nèi)如何變化，其IM3均不會(huì)落入到1920.0MHz～1980.0MHz頻段,，而會(huì)落到2050.0MHz～2170.0MHz頻段,。此外，WCDMA系統(tǒng)的七階互調(diào)會(huì)落入其接收頻段,，如IM7=4×2110-3×2170=1930MHz,，有關(guān)這個(gè)問(wèn)題將另文討論。
在WCDMA系統(tǒng)中,，如果在發(fā)射頻段產(chǎn)生一個(gè)-110dBm的無(wú)源互調(diào)信號(hào),，也就是干擾信號(hào)，這可能會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)影響,，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)值已經(jīng)大于系統(tǒng)中有用信號(hào)的最小幅度了,。
在GSM900/1800和800MHzCDMA通信系統(tǒng)中，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的IM3會(huì)落入到各自的接收頻段,。在這三種系統(tǒng)的無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)中,，通常采用雙工器和濾波器來(lái)提取IM3值。圖2是一個(gè)典型的GSM900接收頻段的二端口器件無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)(BXTPIM900),。
圖2 BXTPIM900二端口無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)
當(dāng)F1和F2通過(guò)DUT時(shí),，DUT的輸出存在4個(gè)頻率分量F1、F2,、2F1-F2和2F2-F1,，其中F1和F2直接被大功率低互調(diào)負(fù)載所吸收，而2F1-F2和2F2-F1則被雙工器提取出來(lái),，濾波器則是為了進(jìn)一步濾除F1和F2,，以提高頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍。由于三階互調(diào)產(chǎn)物全部落入接收頻段,，故可以采用標(biāo)準(zhǔn)的雙工器和濾波器,。
而WCDMA頻段則不同，從上述分析中我們發(fā)現(xiàn),，其發(fā)射頻段(2110MHz～2170MHz)產(chǎn)生的IM3值落到了發(fā)射頻段,，也就是說(shuō)IM3值和F1及F2靠的很近。在這種情況下，無(wú)法采用雙工器將IM3提取出來(lái),，而要采用其它方法。
圖3參照了IEC推薦的發(fā)射頻段IM3測(cè)試方法,。
BXTPIM2100T WCDMA二端口無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)
圖3 BXTPIM2100T WCDMA二端口無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)
二個(gè)46dBm的CW信號(hào)分別通過(guò)合路器合成到一條傳輸線(xiàn)中并加到DUT上,，合成信號(hào)通過(guò)DUT后被一個(gè)低互調(diào)負(fù)載吸收，其中-30dB的信號(hào)被定向耦合器耦合出來(lái),，通過(guò)一個(gè)可調(diào)帶通濾波器,，在頻譜分析儀上測(cè)試出允許的IM3值。
從測(cè)試原理和方法看,，無(wú)源互調(diào)的測(cè)試并不復(fù)雜,，但是要完成準(zhǔn)確的測(cè)試卻并不容易。在搭建測(cè)試系統(tǒng)時(shí),，要注意系統(tǒng)中的每個(gè)環(huán)節(jié),。
(1)功率放大器。在一些PIM測(cè)試系統(tǒng)中,，通常采用43dBm的功放,。然而在WCDMA系統(tǒng)中，由于WCDMA信號(hào)的高峰均功率比而對(duì)系統(tǒng)的發(fā)射功率提出了更高的要求,，也就是說(shuō)WCDMA系統(tǒng)中的無(wú)源器件會(huì)在更高的射頻功率電平下工作,。所以WCDMA無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)中的功率應(yīng)盡可能大，但是由于受到放大器成本和合路器功率容量的限制,，通常采用46-47dBm的功率放大器,。
(2)定向耦合器。采用30dB定向耦合器是考慮到輸入到頻譜儀的F1和F2功率總和盡可能小,，一來(lái)可使頻譜儀工作在安全電平下,，二來(lái)可避免大功率信號(hào)在頻譜議內(nèi)產(chǎn)生有源互調(diào)，可以通過(guò)帶通濾波器將F1和F2抑制到0dBm以下,。
(3)濾波器,。由于WCDMA三階互調(diào)產(chǎn)物落在發(fā)射頻段，所以無(wú)法用固定濾波器來(lái)提取IM3分量,?？梢圆捎每烧{(diào)的帶通濾波器來(lái)完成這個(gè)功能。帶通濾波器的Q值應(yīng)盡可能的高,，建議采用五節(jié)帶通濾波器,。
(4)測(cè)試系統(tǒng)。從無(wú)源互調(diào)測(cè)試原理考慮,，測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)固化在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱內(nèi),。這樣可以避免很多影響測(cè)試精度的不確定因素，如可以用半柔電纜來(lái)替代編織電纜，合理掌握接頭的連接力矩,，防止系統(tǒng)中的器件的移動(dòng)而導(dǎo)致的接觸不良等因素影響測(cè)試,。
(5)測(cè)試電纜。在整個(gè)系統(tǒng)中,，惟一需要經(jīng)常移動(dòng)的就是DUT和連接DUT的電纜,。雖然皺紋電纜和半柔電纜的自身無(wú)源互調(diào)性能很好，但是這些電纜并不能作為測(cè)試電纜應(yīng)用,，原因是不能反復(fù)彎曲,。所以，只能采用特種編織電纜或者微波電纜來(lái)做無(wú)源互調(diào)的測(cè)試電纜,，如RG393,，這種電纜自身的PIM值可以達(dá)到-165dBc。
良好的通信質(zhì)量是由載頻/干擾比(C/I)指標(biāo)來(lái)保證的,，“I”值應(yīng)盡可能低,。理想情況下，“I”值應(yīng)小于接收機(jī)的噪聲底,。從上述分析可以證明,，產(chǎn)生無(wú)用干擾的一個(gè)主要原因就是無(wú)源互調(diào)。
WCDMA系統(tǒng)目前正處于起步階段,，其無(wú)源互調(diào)的測(cè)量也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)可依,，目前只有少數(shù)企業(yè)在從事WCDMA無(wú)源互調(diào)測(cè)試的研究。但由于這個(gè)指標(biāo)會(huì)直接影響到無(wú)源器件的生產(chǎn)和制造,，進(jìn)一步影響到系統(tǒng)的性能,，目前已有越來(lái)越多的無(wú)源器件制造商和基站制造商開(kāi)始關(guān)心這個(gè)指標(biāo)，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)就會(huì)有合適的無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)誕生,。