三阶交调截取点的测量

    摘要：在宽带无线通讯系统的设计过程，设计者们在设计放大器、混频器、变频器时，在诸多的设计指标中有一项三阶交调截取点（IP3），它是表征了线性度或失真性能的参数，本文主要介绍了三阶交调截取点（IP3）测量方法。

    关键词：线性度，失真，三阶交调截取点，IP3

    1. 引言

    在射频或微波多载波通讯系统中，三阶交调截取点IP3（Third-order Intercept Point）是一个衡量线性度或失真的重要指标。交调失真对模拟微波通信来说，会产生邻近信道的串扰，对数字微波通信来说，会降低系统的频谱利用率，并使误码率恶化；因此容量越大的系统，要求IP3越高，IP3越高表示线性度越好和更少的失真。本主要介绍了三阶交调截取点（IP3）测量方法。

    2．计算三阶交调截取点

    IP3通常用两个输入音频测试，这里所指的音频与我们在低频电子线路的音频有区别，实际上是两个靠的比较近的射频或微波频率，由式（1）表示：

    当两个或多个正弦频率正好落在放大器的带宽内并通过一个非线性放大时，其输出信号将包括各种频率分量。三阶交调分量2F1-F2，2F2-F1是非线性中三次方项产生的，由于落在带宽内，是我们主要关注的非线性产物，见图1。

     图2反映了基频（一阶交调）与三阶交调增益曲线，当输入功率逐渐增加到IIP3时，基频与三阶交调增益曲线相交，对应的输出功率为OIP3。IIP3与OIP3分别被定义为输入三阶交调载取点（Input Third-order Intercept Point）和输出三阶交调载取点（Output Third-order Intercept Point）。

    3．测量方法与设备

    要精确的测量IP3需要谨慎遵守几个步骤，图4为测试框图，每部分的考虑和作用将影响测量精度，应尽量减少信号源和频谱分析仪产生的交调分量。附加在射频信号源与合成器之间的隔离器可以改善并隔离射频信号源之间的交调或混合，低通滤波器可以减少射频信号源的谐波成分。附加在被测放大器与频谱分析之间的隔离器可以改善与频谱分析仪的阻抗匹配，低通滤波器可以减少由被测放大器产生的谐波分量。

    输出到频谱分析仪的信号功率不能太高，避免由频谱分析仪产生的非线性失真，对此要求射频信号源的输出功率要小，由图2可以看出，三阶交调输出功率（图中的b点）比一阶交调输出功率（图中的a点）要小很多倍，那么对测量的频谱分析仪的要求需要有高的动态范围。

    综合以上的考虑后，需要谨慎遵守以下测量步骤：

    [1] 按照图4测试框连接好设备；
    [2] 设置射频信号源F1的频率和输出功率；
    [3] 设置射频信号源F2的频率和输出功率；
    [4] 设置频谱分析仪衰减电平、参考电平、中心频率、范围（SPAN）、分辨率等参数；
    [5] 提供符合被测放大器的工作条件（电压，电流）；
    [6] 调整射频信号源的输出功率并在频谱分析仪测得F1或F2的输出功率，此为a点的值并记录（比如-10dBm）；
    [7] 调整频谱分析仪测得2F1-F2或2F2-F1的输出功率并记录，此为b点的值；
    [8] 用（5）和（6）公式计算出OIP3和IIP3