【導讀】在環形器&隔離器的設計中

，如何控製好三階互調失真信號（以下部分簡稱IM3）是非常有挑戰的，特別是產品工作頻率小於1GHz的環形器或隔離器，比如現在很熱門的700MHz頻段5G應用；而對客戶而言，比較難的是怎麼相信和判斷環形器&隔離器廠家所提供測試數據的準確性。

怎樣才能正確的測量出環形器&隔離器三階互調失真信號呢？

在大功率射頻係統中，當兩個信號在一個線性係統裏，由於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的基波混頻產生兩個寄生信號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則稱之為五階互調失真信號，如下圖所示：

IM3對(dui)於(yu)我(wo)們(men)信(xin)號(hao)係(xi)統(tong)有(you)什(shen)麼(me)影(ying)響(xiang)呢(ne)？舉(ju)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)例(li)子(zi)，當(dang)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)錄(lu)製(zhi)語(yu)音(yin)或(huo)者(zhe)音(yin)樂(le)，並(bing)想(xiang)盡(jin)可(ke)能(neng)原(yuan)汁(zhi)原(yuan)味(wei)將(jiang)其(qi)再(zai)現(xian)時(shi)
，失(shi)真(zhen)就(jiu)不(bu)受(shou)歡(huan)迎(ying)了(le)。通(tong)常(chang)人(ren)們(men)所(suo)說(shuo)的(de)“失真”指的就是非線性失真，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

，但是卻也無法完全消除掉，但是我們可以通過設計將其降低到我們可以接受的範圍內。

係(xi)統(tong)設(she)計(ji)者(zhe)們(men)希(xi)望(wang)盡(jin)量(liang)降(jiang)低(di)這(zhe)些(xie)雜(za)訊(xun)的(de)功(gong)率(lv)，首(shou)先(xian)是(shi)需(xu)要(yao)準(zhun)確(que)測(ce)量(liang)這(zhe)些(xie)失(shi)真(zhen)信(xin)號(hao)的(de)功(gong)率(lv)大(da)小(xiao)，那(na)麼(me)如(ru)何(he)將(jiang)這(zhe)些(xie)失(shi)真(zhen)信(xin)號(hao)準(zhun)確(que)的(de)測(ce)試(shi)出(chu)來(lai)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)巨(ju)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。

本次

，我們主要討論IM3互調失真信號的測量

，暫不討論如何降低係統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僅僅測試3rd IMD即可。

搭建3rd IMD測試環境

下圖是前向IM3測試環境的典型框架和儀表連接圖，及測試過程：

●     Keysight 5182A信號發生器產生2個信號源f₁&f₂；

●     經過Bonn 寬帶AMP（150W 1000M1）功率放大器分別放大f₁&f₂；

●     在無源模塊中
，經過N型同軸隔離器隔離功放與3dB電橋（＞50dB的隔離度）；

●     再經過超低互調的3dB電橋將2個信號合路為一個信號（3dB電橋的選擇尤為重要）
；

●     合路信號經過DUT（Device Under Test），在本次測試中為大普環形器
；

●     再經過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）帶寬大功率負載；

●     最後經過PSA頻譜分析儀&功率計測試分析測量信號的大小；

●     通過大普定製化軟件通過計算輸出IMD分析結果並產生相應的報告；

測試過程中需要注意的事項

測試環境中的連接器、電纜和測試夾具也都會影響 IM3測量結果：

1. 推薦N型連接器，在測試環境中保持連接器幹淨並正確擰緊，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定性和低互調特性；

3. 測試夾具和DUT盡量在完全隔離磁場等環境下測試，確保充分屏蔽雜散輻射信號幹擾。

其它注意事項：

1. 測試過程中
，應當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）時測量準確，因此匹配不良的 DUT或鏈路也會導致測試結果不準確，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動頻譜分析儀（E4445A）的內部混頻器。混頻器過載會導致測試值誤差，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

每個係統都會有測量誤差。 這個測量誤差可以計算出來：

事實上，我們測量係統的IMD_system和器件實際的誤差之間IMD_device有如下圖的關係。

簡單說明一下上圖的關係。比方說，我們的測試係統的係統IM3測ce量liang值zhi要yao盡jin量liang遠yuan大da於yu被bei測ce器qi件jian的de實shi際ji測ce量liang值zhi，例li如ru量liang具ju的de精jing度du要yao遠yuan大da於yu被bei測ce件jian，量liang具ju的de精jing度du相xiang對dui於yu被bei測ce試shi件jian精jing度du越yue高gao測ce量liang就jiu越yue準zhun確que誤wu差cha就jiu越yue小xiao反fan之zhi，則ze誤wu差cha就jiu會hui變bian大da。

在現實的測試過程中，我們一般要保證IMD_system - IMD_device ≤ -15dB，這時候測量誤差大約為 +1.4dB / -1.7dB

，我們認為這個測量誤差在實際測試中是可以可接收的。當然為了最小化測量誤差，IMD係統IM3應該優於被測件DUT IM3IMD_system - IMD_device ≤ -30dB或更多這樣產生的誤差會更小。

綜上所述

三階互調（IM3）測(ce)試(shi)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)的(de)係(xi)統(tong)測(ce)試(shi)，每(mei)一(yi)個(ge)環(huan)節(jie)的(de)誤(wu)差(cha)如(ru)果(guo)控(kong)製(zhi)不(bu)好(hao)
，經(jing)過(guo)層(ceng)層(ceng)累(lei)加(jia)，反(fan)饋(kui)到(dao)最(zui)終(zhong)的(de)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)上(shang)，就(jiu)會(hui)和(he)實(shi)際(ji)的(de)指(zhi)標(biao)存(cun)在(zai)較(jiao)大(da)的(de)差(cha)異(yi)。

一套高精度的測試係統投入較大

，並且具有較強的專用性
，絕大部分客戶是沒有自建的測試能力
，現在的網絡環境對IMD的指標要求又越來越高，對環形器&geliqideshejitiaozhanyehenda，chanpinbenshendezhibiaoyuliangwangwangbushihenzu，ermuqianhenduoxitongdeceshijieguoshiyaoyouyushijizhibiao
，zuizhongshiyoukenenghuidaozhikehudezhengtaoxitongdeIMD指標出現問題，再往回追溯的難度和成本都會非常高。

目(mu)前(qian)市(shi)麵(mian)上(shang)關(guan)於(yu)互(hu)調(tiao)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)的(de)種(zhong)類(lei)和(he)類(lei)型(xing)有(you)很(hen)多(duo)，但(dan)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)往(wang)往(wang)會(hui)帶(dai)來(lai)不(bu)同(tong)的(de)測(ce)量(liang)誤(wu)差(cha)

，大(da)普(pu)通(tong)信(xin)采(cai)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)的(de)搭(da)建(jian)式(shi)係(xi)統(tong)，信(xin)號(hao)源(yuan)和(he)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)等(deng)儀(yi)表(biao)均(jun)采(cai)用(yong)獨(du)立(li)的(de)品(pin)牌(pai)專(zhuan)用(yong)儀(yi)表(biao)
，其(qi)信(xin)號(hao)和(he)分(fen)析(xi)精(jing)度(du)可(ke)靠(kao)並(bing)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)升(sheng)級(ji)
，在(zai)保(bao)護(hu)功(gong)放(fang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)切(qie)換(huan)到(dao)任(ren)意(yi)頻(pin)率(lv)和(he)功(gong)率(lv)大(da)小(xiao)。最(zui)終(zhong)是(shi)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)和(he)實(shi)際(ji)指(zhi)標(biao)的(de)誤(wu)差(cha)控(kong)製(zhi)在(zai)一(yi)個(ge)最(zui)小(xiao)的(de)範(fan)圍(wei)
，可(ke)以(yi)給(gei)到(dao)客(ke)戶(hu)一(yi)個(ge)放(fang)心(xin)可(ke)靠(kao)的(de)選(xuan)擇(ze)。以(yi)700 MHz為例，當前大普的係統IMD_system經過長期可靠使用可以保證<-95dBc(2x65w ,1MHz Spacing)。

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