通信系統(tǒng)中無源互調(diào)失真的測量

鳳衛(wèi)鋒



　　摘要：本文介紹了無源器件互調(diào)失真的測量方法，重點(diǎn)闡述了現(xiàn)代無源互調(diào)分析儀的測量原理，測量系統(tǒng)的建立和提高測量準(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)頻率的載波信號通過一些無源器件時(shí)，都會產(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)失真信號又表現(xiàn)為通信頻帶中的干擾信號，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)和測量中，一般對有源互調(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)的測量，由于互調(diào)失真與載波的相對幅度差較小，故測量易于實(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)的測量與分析將會日益受到重視。


測量的建立 當(dāng)測量功率合成器的互調(diào)失真時(shí)，可使用如下圖的傳統(tǒng)測量方法：






　　如圖示，采用Anritsu公司的68347信號源輸出的高功率連續(xù)波信號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：即為被測器件，又將兩路信號合成為一路信號。功率合成器產(chǎn)生的互調(diào)信號傳輸?shù)诫p工器端口，接收帶寬內(nèi)的互調(diào)信號用頻譜分析儀測量。


　　現(xiàn)代無源互調(diào)分析儀，可輸出預(yù)先組合的雙頻信號�；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，經(jīng)過被測器件后進(jìn)入分析儀的端口二，端口一的反射信號同時(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，分別測量被測件的傳輸互調(diào)失真和反射互調(diào)失真。


　　實(shí)際上，對被測件而言，不同因素產(chǎn)生的互調(diào)失真都為矢量信號，它們相對的相位關(guān)系將決定被測件在特定狀態(tài)下的互調(diào)失真的總幅度。在傳輸測量中，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)失真為頻率和被測件電長度的函數(shù)。



使用互調(diào)儀測量上述功率合成器的互調(diào)響應(yīng)，測量連接如下圖：







　　如圖，互調(diào)儀的端口一接功率合成器的被測輸入口，這樣可以測量功率合成器的A1、A2 和B端口的互調(diào)失真�；フ{(diào)儀的傳輸模式測量端口B的前向互調(diào)失真，反射模式測量端口A1的互調(diào)失真。如圖示，如果端口A1作為驅(qū)動端口，端口A2應(yīng)接低互調(diào)失真負(fù)載，以理想地測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均為非調(diào)制信號，這種方法準(zhǔn)確測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，圖二提供的測量結(jié)果更有實(shí)際意義。


　　測量方法 下面主要討論采用無源互調(diào)分析儀測量時(shí)提高測量準(zhǔn)確度的方法：


　　（一）測量兩端口器件的前向無源互調(diào)失真時(shí)，可采用直接的連接方法：被測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。這種方法的測量誤差隨頻率和連接端口二與被測件的電纜長度的變化而變化。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的諧波頻率范圍內(nèi)，將產(chǎn)生大的駐波，這樣，即使被測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的互調(diào)信號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)定的測試條件得到更有意義的測量結(jié)果。


　�。ǘ�）高互調(diào)電平的無源互調(diào)失真測量 ：


　　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)的測量誤差將增大。對于測量前向互調(diào)電平，可采用如圖三的測試方法。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)的測量，建立如下圖：





　　圖示為被測件的反向互調(diào)測量，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，傳輸臂接被測件，在被測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)信號最終在端口二得到測量。
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。在測量時(shí)，衰減器的衰減值可由小到大變化，以使被測的互調(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)失真的測量，理論和方法都還處于初步階段，有些測量方法也不夠成熟。隨著射頻技術(shù)的發(fā)展，這一參數(shù)的測量將會愈加受到重視，測量設(shè)備也會更為完善，測量準(zhǔn)確度也將大大提高。




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