【導(dǎo)讀】在環(huán)形器&隔離器的設(shè)計中，如何控制好三階互調(diào)失真信號（以下部分簡稱IM3）是非常有挑戰(zhàn)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(xiàn)在很熱門的700MHz頻段5G應(yīng)用；而對客戶而言，比較難的是怎么相信和判斷環(huán)形器&隔離器廠家所提供測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
怎樣才能正確的測量出環(huán)形器&隔離器三階互調(diào)失真信號呢？
在大功率射頻系統(tǒng)中，當(dāng)兩個信號在一個線性系統(tǒng)里，由于非線性因素存在使得一個信號f1的二次諧波與另一個信號f2的基波混頻產(chǎn)生兩個寄生信號2f1-f2和2f2-f1，也就是所謂的三階互調(diào)失真信號。同理，3f1-2f2或者3f2-2f1則稱之為五階互調(diào)失真信號，如下圖所示：
IM3對于我們信號系統(tǒng)有什么影響呢？舉個簡單的例子，當(dāng)我們需要錄制語音或者音樂，并想盡可能原汁原味將其再現(xiàn)時，失真就不受歡迎了。通常人們所說的“失真”指的就是非線性失真，這其中就包括了IM3。
這些互調(diào)失真信號都不是我們所需要的，但是卻也無法完全消除掉，但是我們可以通過設(shè)計將其降低到我們可以接受的范圍內(nèi)。
系統(tǒng)設(shè)計者們希望盡量降低這些雜訊的功率，首先是需要準(zhǔn)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(zhǔn)確的測試出來就是一個巨大的挑戰(zhàn)。
本次，我們主要討論IM3互調(diào)失真信號的測量，暫不討論如何降低系統(tǒng)IM3信號功率。另外，五階互調(diào)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，及測試過程：
● Keysight 5182A信號發(fā)生器產(chǎn)生2個信號源f1&f2；
● 經(jīng)過Bonn 寬帶AMP（150W 1000M1）功率放大器分別放大f1&f2；
● 在無源模塊中，經(jīng)過N型同軸隔離器隔離功放與3dB電橋（＞50dB的隔離度）；
● 再經(jīng)過超低互調(diào)的3dB電橋?qū)?個信號合路為一個信號（3dB電橋的選擇尤為重要）；
● 合路信號經(jīng)過DUT（Device Under Test），在本次測試中為大普環(huán)形器；
● 再經(jīng)過2個定向耦合器（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(fù)載；
● 最后經(jīng)過PSA頻譜分析儀&功率計測試分析測量信號的大小；
● 通過大普定制化軟件通過計算輸出IMD分析結(jié)果并產(chǎn)生相應(yīng)的報告；
測試過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影響 IM3測量結(jié)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型射頻線纜，其具有非常好的相位穩(wěn)定性和低互調(diào)特性；
3. 測試夾具和DUT盡量在完全隔離磁場等環(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. 測試過程中，應(yīng)當(dāng)使用頻譜分析儀來測量相對功率(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）時測量準(zhǔn)確，因此匹配不良的 DUT或鏈路也會導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確，所以確保整個鏈路的阻抗無限接近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儀表的最大可允許值這樣過分驅(qū)動頻譜分析儀（E4445A）的內(nèi)部混頻器?；祛l器過載會導(dǎo)致測試值誤差，因此分析儀的輸入電平應(yīng)當(dāng)＜-23dBm，典型分析儀設(shè)置為：
● pan = 2kHz
● RBW = 3Hz
● VBW = 3Hz
測試誤差的計算
每個系統(tǒng)都會有測量誤差。 這個測量誤差可以計算出來：
事實(shí)上，我們測量系統(tǒng)的IMDsystem和器件實(shí)際的誤差之間IMDdevice有如下圖的關(guān)系。
簡單說明一下上圖的關(guān)系。比方說，我們的測試系統(tǒng)的系統(tǒng)IM3測量值要盡量遠(yuǎn)大于被測器件的實(shí)際測量值，例如量具的精度要遠(yuǎn)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(zhǔn)確誤差就越小反之，則誤差就會變大。
在現(xiàn)實(shí)的測試過程中，我們一般要保證IMDsystem - IMDdevice ≤ -15dB，這時候測量誤差大約為 +1.4dB / -1.7dB，我們認(rèn)為這個測量誤差在實(shí)際測試中是可以可接收的。當(dāng)然為了最小化測量誤差，IMD系統(tǒng)IM3應(yīng)該優(yōu)于被測件DUT IM3IMDsystem - IMDdevice ≤ -30dB或更多這樣產(chǎn)生的誤差會更小。
綜上所述
三階互調(diào)（IM3）測試是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)測試，每一個環(huán)節(jié)的誤差如果控制不好，經(jīng)過層層累加，反饋到最終的測試結(jié)果上，就會和實(shí)際的指標(biāo)存在較大的差異。
一套高精度的測試系統(tǒng)投入較大，并且具有較強(qiáng)的專用性，絕大部分客戶是沒有自建的測試能力，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對IMD的指標(biāo)要求又越來越高，對環(huán)形器&隔離器的設(shè)計挑戰(zhàn)也很大，產(chǎn)品本身的指標(biāo)余量往往不是很足，而目前很多系統(tǒng)的測試結(jié)果是要優(yōu)于實(shí)際指標(biāo)，最終是有可能會導(dǎo)致客戶的整套系統(tǒng)的IMD指標(biāo)出現(xiàn)問題，再往回追溯的難度和成本都會非常高。
目前市面上關(guān)于互調(diào)測試設(shè)備的種類和類型有很多，但是不同的測試系統(tǒng)往往會帶來不同的測量誤差，大普通信采用高精度的搭建式系統(tǒng)，信號源和頻譜分析等儀表均采用獨(dú)立的品牌專用儀表，其信號和分析精度可靠并可以根據(jù)需要升級，在保護(hù)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(jié)果和實(shí)際指標(biāo)的誤差控制在一個最小的范圍，可以給到客戶一個放心可靠的選擇。以700 MHz為例，當(dāng)前大普的系統(tǒng)IMDsystem經(jīng)過長期可靠使用可以保證<-95dBc(2x65w ,1MHz Spacing)。
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