相互调变失真如何测量相互调变失真测量方法介绍详解

　　被动相互调变失真
　　在发射(Tx)路径上的相互调变失真是附加在高功率之中，它的特性很重要。由于在发射路径上一般都没有主动组件存在，因此它的相互调变失真特性被称为“被动的相互调变失真(passive IMD;PIMD)”。当设计一个无线通信电路时，PIMD在每一个功能单元中的变化不大，所以，在研发阶段就会先测量PIMD。
　　双音调相互调变测试
　　测量IMD最方便的方法是，将两个功率相等的信号组合在一起[*故被称为“双音调”(two-tone)]，并彼此保持一定的频率间隔，输入至待测物(device under test;DUT)的输入端。若以频谱分析仪测量，DUT的输出频谱将和附图1类似，其中，两个最大信号是被放大的载波信号;其它较小的信号分列在载波两边，分别是第3、5、7阶(order)相互调变乘积(product)。所有信号之间的频率间隔是相等的。
　　下列是10个有用的测量参数：
　　●载波(C)：这是载波信号的功率，单位是dBm。它和Pout参数类似，不过，C是使用频谱分析仪来测量，Pout是使用功率表(power meter)、并只输入一个射频信号来测量。
　　●第3阶相互调变乘积(I3)：这是寄生的第3阶相互调变信号之功率，单位是dBm，使用频谱分析仪来测量。
　　●载波对第3阶相互调变的比率(C/I3)：这是载波功率对寄生的第3阶相互调变信号功率之比率值，单位是dB。
　　●第3阶拦截点(IP3)：这是待测物的最佳指针，单位是dBm。此值通常会随着频率微调(tuning)而改变。
　　●第5阶相互调变乘积(I5)：与第3阶相互调变乘积类似。
　　●载波对第5阶相互调变的比率(C/I5)：与载波对第3阶相互调变的比率类似。
　　●第5阶拦截点(IP5)：与第3阶拦截点类似。
　　●第7阶相互调变乘积(I7)：与第3阶相互调变乘积类似。
　　●载波对第7阶相互调变的比率(C/I7)：与载波对第3阶相互调变的比率类似。
　　●第7阶拦截点(IP7)：与第3阶拦截点类似。
　　第3阶拦截点
　　一个装置或系统的非线性转换函数(transfer function)可以利用一个“泰勒级数(Taylor series)”来表示：
　　第3阶相互调变信号，是来自于上列的f(x)级数展开式的第3阶项，因此称为“第3阶相互调变乘积”。第3阶的输入功率会较载波的输入功率快速增加。单位dBm表示“第3阶相互调变乘积”是一个对数函数，在数学上是取比率相对值。其实，第3阶相互调变信号功率的增加速度是载波信号功率的3倍。
　　。如果“C对Pin”和“I对Pin”的线性部份之曲线能够向外延伸，所交叉的点就称作“第3阶拦截点(intercept point)”。不过，IP3是一个理论值，在实际设计上是无法达到的，因为这两个曲线在到达IP3之前就已经饱和了(斜率趋近于0，变成水平线了)。通常IP3是被当成射频装置的“优化函式”(merit function)。大多数的电路设计程序，其实应被称为“最佳化程序”，由设计者决定哪些地方应当被最佳化、且要最佳化到什么程度?如此所得到的结果，就被称为“最佳化函数”。
　　如果理论上，假定3：1的斜率差，则IP3可以仅从一个功率准位计算出来。如果完成功率扫描(power sweep)，得出图形，则在线性区域所求出的IP3将是固定的(当然3：1的斜率假设必须是正确的)。当载波和相互调变信号饱和时，IP3的值通常会下降，这就表示相互调变功率的测量结果将是错误的。在较低的功率准位，当达到频谱分析仪的噪声下限时，IP3将会开始改变，这也表示测量将有错误产生。因此，正确的测量值应该在IP3维持不变下的功率范围内。
　　理论上，IP3并不是功率准位的函数。然而，在低功率准位时，它的动态(线性)区域被频谱分析仪的噪声下限所限制;在高功率准位时，由于待测物的饱和，或频谱分析仪的相互调变，也会限制它的动态区域。因此，若将IP3当成是功率的函数，将可以提供一个能够确保测量结果正确的好方法 。
　　第5和第7阶拦截点
　　求得第5和第7阶拦截点(IP5和IP7)的方法和IP3类似。其主要差别在于：第5阶相互调变输入功率增加的速度是载波输入功率的5倍;同理，第7阶相互调变输入功率的增加速度则是载波输入功率的7倍。
　　测量“被动的相互调变”(PIM)之效能
　　良好的通信品质需要一个适当的C/I比率来确保，而且C/I值必须保持固定。因为C值是固定的，无法再增加，因此I必须尽量极小化。理论上，I应该低于接收机的噪声下限。然而实际上，被动的相互调变正是不想要的干扰来源之一。
　　一般的规格要求是，当两个+43 dBm载波输入至待测物时，PIM的功率不能大于-110 dBm。也就是说，-153 dBc，这是相当于1：2,000,000,000,000,000的比率。若打个比喻，这就好像要测量地球到太阳的距离，而且精确度必须达到1/10,000米。因此，很有挑战性。
　　传统测量PIM的方法是采用前面介绍的“双音调相互调变测试法”。它是一个国际标准(IEC TC46 WG6)。不过，这种方法很复杂。它需要两个信号合成器、两个高功率放大器，以及一组射频组件，用来对信号进行组合、滤波、双工作业。之后，将期望信号按预定路线发送，这会经过低噪声放大器，最后到达频谱分析仪，以进行侦测和显示。还需要一个功率表，用来设定适当的发射功率，并需时常调整功率值以补偿功率的变动。因为有许多离散组件、仪器、连接缆线存在，所以测量的结果有时很难再次呈现。此外，这些器材的安装通常不是很稳定，很容易受损;而且，此种测量方法需要很长的时间，测量的结果也可能是错误的。
　　因此，目前市场上已经有所谓的“PIM分析仪”存在。它具有高度整合设计、高速的数字接收机技术、省时省力、容易操作的优点。
　　动态测量
　　在设计和制造的阶段，尽管我们尽力使产品的稳定性与环境的变化因素无关。但是，组件和次系统的PIM反应很可能在极度恶劣的环境下剧烈地变化。在动态测量时，使用适当的刺激，以监视其相互调变的效能变化。
　　动态测量尤其对缆线的组装很重要。因为连接器或缆线的接口，以及缆线内的相互调变(这是由于实芯导线有细微的裂痕，或多绞线有缺口)，很容易让它们受损。这种测试方法是将连接器、缆线固定或弯曲，以测量它们的相互调变功率。固定的方式称为“轻敲(tap)测试”，弯曲的方式称作“弯曲时刻的测试”(bending moment test)。在无线网络基地台的发射路径上之所有组件，都应该接受这两种测试。
　　轻敲测试只是简单地将仪器连接到待测物上，然后观察相互调变的反应。例如：必须连接到滤波器的微调螺丝上，因为它经常会产生高功率的PIM。当停止轻敲测试之后，相互调变通常会回到它的低功率状态;不过，有时还是会维持在高功率的状态。轻敲测试可以成功地筛检出会在未来某时刻失效的装置和缆线来。
　　通常这种装置的测量是将第一个载波设为1930 MHz，第二个载波设为1990 MHz，两个载波功率都是20 W。当发射频率和功率都已设定好，而且频谱分析仪的环境组态也已经设定好，则此测试就可以开始。顺便一提的是，当温度变化时，相互调变的效能会大幅地衰减。