作者了解各种仪器的基本原理和测试方法，并能对复杂的测试要求给出解决方案。为了给后来者一个了解这个小领域的窗口，把自己的拙见推给朋友们，我决定开设“无线通信中射频器件的测试与测量”专栏，也欢迎各位业内人士指正。如果想看内容或者技术问题，可以在文末写留言。
1.互调失真的重要性
非线性DUT(如LNA、PA、塔式放大器)，当输入多个频率的信号时，各个频谱分量会相互作用，产生新的频谱分量(频谱再生)；当输入信号足够小时，放大器工作在线性区，互调失真不会恶化，保持在相对平衡的水平。随着DUT输入功率的增加，放大器逐渐进入压缩区，互调失真会迅速恶化。
假设两个频率信号分别为f1和f2，三阶互调分量的频率为2f1-f2和2f2-f1，2f1-f2和2f2-f1与f1和f2接近，因此会干扰工作频段内的频率信息，如图1.1所示。而f2-f1等偶数阶互调产物离主音信号较远，一般忽略偶数阶互调产物。
图1.1有源器件互调失真产生的频率信号
图OIP3、P1dB、Pin和Pout之间的关系
从图1.2可以看出，当主音信号的输入功率增加1dB时，三阶互调产物的输出功率将增加3dB，Pin将逐渐增加到Pout的虚线延长线与三阶互调信号的虚线延长线相交的理想线性点，对应的输出功率为OIP3。此时，IIP3定义为输入三阶交调截点，OIP3定义为输出三阶交调截点。
2.互调失真的测试原理
2.1表征互调失真的参数
1).音调功率
主音信号输出的功率值，dBm；
2).音调增益
放大器的增益可以通过tonic Pout和Pin来计算。
3).互调失真
IMD是主音信号和互调产物之间差异的度量。IMD越大，此时的互调越小。如图1.1中虚线所示，计算公式为:
IMD3(dB)=Pout-IM3
4).截距点参数
随着主音信号输出功率的增加(图1.1中的黑色箭头)，互调产物的输出功率以更陡峭的速率增加(图1.1中的蓝色和绿色箭头)。当功率增加到一定程度时，互调产物的功率将与主信号的功率相等，此时的功率水平称为截距点，但这一般是无法实现的，只能根据线性区的测试结果来预测。
2.2 OIP 3的测试原理
2.2.1使用信号源+光谱仪-通过谐波计算OIP3。这种方法很少使用，但计算结果与测量来话双音信号计算的结果相同，可以在后面的文章中单独说明；
2.2.2使用信号源+光谱仪——由信号源调制双音信号，输入DUT，用光谱仪直接测量IM3，计算OIP3。
2.2.3使用两个信号源+频谱分析仪——单音信号分别由信号源产生，然后合成DUT，再由频谱分析仪直接测量IM3，计算OIP3。
在该测试方法中，根据图2.1构建测试环境，将两个音频信号输入到DUT中，测量DUT输出端音频信号的幅度和三阶互调产物的幅度，然后将其带入公式进行计算。
图2.1通用DUT OIP3测试环境构建
1)用两个信号源分别输出频率间隔为δ f (δ f = 5 MHz)的两个信号f1和f2，然后这两个信号通过合成器发送到DUT。合路前最好串联一个环行器，减少信号源间的相互串扰；
2)调整两个信号源，使DUT工作在规定的功率；
3)观察频谱仪，计算主音信号的幅度与三阶互调产物的幅度之差，即IMD3，单位为dBc
4)根据主音信号的输出功率和IMD3，计算OIP3，单位为dBm，公式如下:
OIP3= Pout+ IMD3/2
2.3.4矢量网络测试-单音信号分别由矢量网络的两个内置信号源产生，然后合并后进入DUT。测量DUT输出的单音信号的幅度和三阶互调产物的幅度由矢量网完成，矢量网可以设置超宽带和超宽带扫频测试，可以快速准确的测试OIP3的频域响应特性；
图2.3显示了PNA产生两个音调信号，然后进入DUT的配置；通过耦合器组合；DUT的输出连接到矢量网络接收器。矢量网络对接收到的信号进行FFT后，可以计算出单音信号的幅度和三阶互调产物的幅度。
2.3矢量网络测量OIP3框图
图2.4矢量网络内部的源配置
1)选择扫频fc模式，设置扫描中心频率的起点、终点和双音信号间隔；
图2.5配置扫描测量的OIP3扫描模式
2)配置扫频功率点信息，可以是目标输入功率，也可以是目标输出功率；设置源和接收器衰减器，以提供足够小的DUT输入功率和矢量网络接收器保护；
图2.6配置扫描功率点信息
3)调出关注的曲线，一般关注PowerIN、PowerOUT、OIP3_Hi、OIP3_Low、OIP3_Avg、IMD3等曲线。
4)用功率表和电子校准器进行校准；
5).连接DUT，从小信号开始测试。
3.摘要
为了获得更精确的OIP3测量结果，应在测试环境中进行以下优化:
1)使用高质量的信号源。
信号源也是各种有源器件搭建的仪器，所以信号源本身也会产生互调；当信号源输出大功率信号时，由于信号源内部的一些器件可能进入非线性状态，输出信号的质量会大大降低，可能会产生杂波或多次谐波。质量差的信号会进入DUT，测得的失真信号无法准确判断是否是DUT产生的。因此，选择低噪声的高质量信号源是非常必要的。
2)隔离两个信号源，减少相互干扰。
可以使用环行器或隔离器等单向器件隔离两路信号，减少信号源之间的干扰，从而提高整个测试系统的动态范围。
3)使用线性度良好的功率合成器。
功率合成器也有一定的非线性，在注入强信号时也会产生同频互调分量。阻性功率合成器(威尔金森功分器，-3dB)的动态范围非常大，不会产生互调分量，每个端口都有很好的匹配。
4)使用大动态范围的频谱分析仪。
频谱分析仪既测量小的互调产物信号，又测量大的主音信号，因此需要选择大动态范围的频谱分析仪。
5)需要判断测试结果的有效性。
在测试IP3时，我们不能忽略光谱仪的非线性。输入到DUT的强音调信号也会在频谱仪中产生互调分量。当互调分量较大时，需要判断被测互调分量主要是DUT产生的还是光谱仪本身产生的，即测试结果是否有效。
标题:互调失真的意义和矢量网络示例测量方法
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编辑:哈克
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