【導讀】在環(huán)形器&隔離器的設計中，如何控制好三階互調失真信號（以下部分簡(jiǎn)稱(chēng)IM3）是非常有挑戰的，特別是產(chǎn)品工作頻率小于1GHz的環(huán)形器或隔離器，比如現在很熱門(mén)的700MHz頻段5G應用；而對客戶(hù)而言，比較難的是怎么相信和判斷環(huán)形器&隔離器廠(chǎng)家所提供測試數據的準確性。
怎樣才能正確的測量出環(huán)形器&隔離器三階互調失真信號呢？
在大功率射頻系統中，當兩個(gè)信號在一個(gè)線(xiàn)性系統里，由于非線(xiàn)性因素存在使得一個(gè)信號f1的二次諧波與另一個(gè)信號f2的基波混頻產(chǎn)生兩個(gè)寄生信號2f1-f2和2f2-f1，也就是所謂的三階互調失真信號。同理，3f1-2f2或者3f2-2f1則稱(chēng)之為五階互調失真信號，如下圖所示：
IM3對于我們信號系統有什么影響呢？舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，當我們需要錄制語(yǔ)音或者音樂(lè )，并想盡可能原汁原味將其再現時(shí)，失真就不受歡迎了。通常人們所說(shuō)的“失真”指的就是非線(xiàn)性失真，這其中就包括了IM3。
這些互調失真信號都不是我們所需要的，但是卻也無(wú)法完全消除掉，但是我們可以通過(guò)設計將其降低到我們可以接受的范圍內。
系統設計者們希望盡量降低這些雜訊的功率，首先是需要準確測量這些失真信號的功率大小，那么如何將這些失真信號準確的測試出來(lái)就是一個(gè)巨大的挑戰。
本次，我們主要討論IM3互調失真信號的測量，暫不討論如何降低系統IM3信號功率。另外，五階互調IM5失真信號的功率與單音信號或IM3的信號相比非常小，所以目前絕大部分客戶(hù)僅僅測試3rd IMD即可。
搭建3rd IMD測試環(huán)境
下圖是前向IM3測試環(huán)境的典型框架和儀表連接圖，及測試過(guò)程：
● Keysight 5182A信號發(fā)生器產(chǎn)生2個(gè)信號源f1&f2；
● 經(jīng)過(guò)Bonn 寬帶AMP（150W 1000M1）功率放大器分別放大f1&f2；
● 在無(wú)源模塊中，經(jīng)過(guò)N型同軸隔離器隔離功放與3dB電橋（＞50dB的隔離度）；
● 再經(jīng)過(guò)超低互調的3dB電橋將2個(gè)信號合路為一個(gè)信號（3dB電橋的選擇尤為重要）；
● 合路信號經(jīng)過(guò)DUT（Device Under Test），在本次測試中為大普環(huán)形器；
● 再經(jīng)過(guò)2個(gè)定向耦合器（Directional Coupler）輸出功率到PSA，定向耦合器必須端接具有出色VSWR（＜1.1）帶寬大功率負載；
● 最后經(jīng)過(guò)PSA頻譜分析儀&功率計測試分析測量信號的大??；
● 通過(guò)大普定制化軟件通過(guò)計算輸出IMD分析結果并產(chǎn)生相應的報告；
測試過(guò)程中需要注意的事項
測試環(huán)境中的連接器、電纜和測試夾具也都會(huì )影響 IM3測量結果：
1. 推薦N型連接器，在測試環(huán)境中保持連接器干凈并正確擰緊，盡量使用鍍銀連接器；
2. 推薦高性能低PIM N型射頻線(xiàn)纜，其具有非常好的相位穩定性和低互調特性；
3. 測試夾具和DUT盡量在完全隔離磁場(chǎng)等環(huán)境下測試，確保充分屏蔽雜散輻射信號干擾。
其它注意事項：
1. 測試過(guò)程中，應當使用頻譜分析儀來(lái)測量相對功率(dBc)，而不是絕對功率 (dBm)。
2. 功率計和頻譜分析儀等儀表僅在其特征阻抗（50 歐姆）時(shí)測量準確，因此匹配不良的 DUT或鏈路也會(huì )導致測試結果不準確，所以確保整個(gè)鏈路的阻抗無(wú)限接近50ohm ,被測件DUT的輸入輸出VSWR盡量<1.25。
3. 儀表的輸入功率不要超過(guò)儀表的最大可允許值這樣過(guò)分驅動(dòng)頻譜分析儀（E4445A）的內部混頻器?；祛l器過(guò)載會(huì )導致測試值誤差，因此分析儀的輸入電平應當＜-23dBm，典型分析儀設置為：
● pan = 2kHz
● RBW = 3Hz
● VBW = 3Hz
測試誤差的計算
每個(gè)系統都會(huì )有測量誤差。 這個(gè)測量誤差可以計算出來(lái)：
事實(shí)上，我們測量系統的IMDsystem和器件實(shí)際的誤差之間IMDdevice有如下圖的關(guān)系。
簡(jiǎn)單說(shuō)明一下上圖的關(guān)系。比方說(shuō)，我們的測試系統的系統IM3測量值要盡量遠大于被測器件的實(shí)際測量值，例如量具的精度要遠大于被測件，量具的精度相對于被測試件精度越高測量就越準確誤差就越小反之，則誤差就會(huì )變大。
在現實(shí)的測試過(guò)程中，我們一般要保證IMDsystem - IMDdevice ≤ -15dB，這時(shí)候測量誤差大約為 +1.4dB / -1.7dB，我們認為這個(gè)測量誤差在實(shí)際測試中是可以可接收的。當然為了最小化測量誤差，IMD系統IM3應該優(yōu)于被測件DUT IM3IMDsystem - IMDdevice ≤ -30dB或更多這樣產(chǎn)生的誤差會(huì )更小。
綜上所述
三階互調（IM3）測試是一個(gè)非常復雜的系統測試，每一個(gè)環(huán)節的誤差如果控制不好，經(jīng)過(guò)層層累加，反饋到最終的測試結果上，就會(huì )和實(shí)際的指標存在較大的差異。
一套高精度的測試系統投入較大，并且具有較強的專(zhuān)用性，絕大部分客戶(hù)是沒(méi)有自建的測試能力，現在的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境對IMD的指標要求又越來(lái)越高，對環(huán)形器&隔離器的設計挑戰也很大，產(chǎn)品本身的指標余量往往不是很足，而目前很多系統的測試結果是要優(yōu)于實(shí)際指標，最終是有可能會(huì )導致客戶(hù)的整套系統的IMD指標出現問(wèn)題，再往回追溯的難度和成本都會(huì )非常高。
目前市面上關(guān)于互調測試設備的種類(lèi)和類(lèi)型有很多，但是不同的測試系統往往會(huì )帶來(lái)不同的測量誤差，大普通信采用高精度的搭建式系統，信號源和頻譜分析等儀表均采用獨立的品牌專(zhuān)用儀表，其信號和分析精度可靠并可以根據需要升級，在保護功放的情況下切換到任意頻率和功率大小。最終是可以確保測試結果和實(shí)際指標的誤差控制在一個(gè)最小的范圍，可以給到客戶(hù)一個(gè)放心可靠的選擇。以700 MHz為例，當前大普的系統IMDsystem經(jīng)過(guò)長(cháng)期可靠使用可以保證<-95dBc(2x65w ,1MHz Spacing)。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
