认识互调，互调在电路中好坏分析第四部分

有源电路和无源元件中的非线性会增加谐波和非谐波失真。

这个系列研究了相互调制,两个频率应用于一个非线性系统的过程导致系统产生的频率等于输入频率的和与差。在第一部分 和 第2部里面,我们研究了互相调制的有用的应用,例如载波的调制和被调制载波的向上和向下转换。我们得出结论 第三部分 通过研究互调失真(IMD)-在应该是线性的系统中不需要的频率分量的出现。特别是,我们要求微软的EXERL图表功能绘制一个基础余弦波,它引入了非谐波频率分量。

什么将是一个现实世界中不受欢迎的IMD的例子?

首先考虑线性放大器 图1 .如果三个电阻是相等的,那么放大器的输出电压是输入电压和的负的(稍后我们将讨论无源元件)。

图1如果三个电阻相等,放大器的输出电压是输入电压的负和。

如图所示 图2a ,如果 1 (t) 是1.5千赫(橙色痕量)和 f 2 (t) 是2千赫(蓝迹),电路产生红迹.该轨迹的快速傅立叶变换仅显示原始频率,没有谐波或非谐波分量( 图2B ).

图2红色时域信号(a)没有谐波或非谐波分量(b)。

如何引入非线性?

我们可以让放大器夹住输出电压,如蓝色痕迹所示。 图3a .波形的FFT( 图3B )显示所产生的频率含量。从我们迄今为止对互调的了解来看,看到0.5千赫的不同频率和3.5千赫的和频率,我们不会感到惊讶。一般来说,考虑到基本的低面音调 f 1 以及基本的高侧音 f 2 ,我们可以期待这些频率的互调产品:

M f 1 +n f 2 , where m and n equal 0, ±1, ±2, ±3, and so on.

图3b用红色标记了几个例子。特别值得注意的是高阶和低档三等产品。它们的大小相对较高,接近基频,因此很难过滤掉。

图3短时域信号(a)产生低和高方面的互相调制产品,难以滤波(b)。

IMD仅仅是主动电路的问题吗?

被认为是被动的组件,如连接器,可以显示非线性行为,引入所谓的被动互调(PIM)失真。举个例子,让我们用频率 f 1 =2千赫及 f 2 =3千赫到图1电路的输入。在放大器和输出电压之间神秘的"被动"分量 v 0UT (t) 每2.5毫秒设定一个0.29毫秒的闭路条件,相应频率 f 公开的 等于0.4千赫,给出了 图4A .

图4时域信号(a)中的周期性开路产生大量的互相调制产物(b)。

那不是一种奇怪的失败模式吗?

事实上,这种重复的失败模式并非闻所未闻。例如,考虑一个故障的滑环或松散连接器在恒定转速旋转或往复机械上。

好吧,我会买的。有什么效果?

图4B显示图4A波形的FFT。由于为本例选择的特定频率值,互调产品只涉及基频 f 1 和 f 2 出现在与整数频率值相关的垂直网格线上。我已经用红色做了标记。许多额外的互调产品与 f 公开的 .我已经用蓝色标记了其中的几种,包括基频的高阶和低阶三阶产品之间的那些。显然,有如此多的IMD,在这里过滤将不会是一个选项-替换有缺陷的被动组件是解决方案。

输入和插入损失是不同的现象。当信号波长相对于导体波长(例如微波频率)较短时,插入损耗就成为一个问题。实际上,像蜂窝基站这样的装置可能会有PIM问题,但不会出现插入损失问题,反之亦然。

但是PIM和其他IMD问题延伸到音频范围。在这里的例子中,我使用了千赫兹值。一个1-KZ信号的波长是30万米,所以除非我们在很长的距离上传输,插入损失和返回损失将不会是一个问题。