三階交調截取點的測量

摘要：在寬帶無線通訊系統的設計過程，設計者們在設計放大器、混頻器、變頻器時，在諸多的設計指標中有一項三階交調截取點（IP3），它是表征了線性度或失真性能的參數，本文主要介紹了三階交調截取點（IP3）測量方法。

關鍵詞：線性度，失真，三階交調截取點，IP3

1. 引言

在射頻或微波多載波通訊系統中，三階交調截取點IP3（Third-order Intercept Point）是一個衡量線性度或失真的重要指標。交調失真對模擬微波通信來說，會產生鄰近信道的串擾，對數字微波通信來說，會降低系統的頻譜利用率，并使誤碼率惡化；因此容量越大的系統，要求IP3越高，IP3越高表示線性度越好和更少的失真。本主要介紹了三階交調截取點（IP3）測量方法。

2．計算三階交調截取點

IP3通常用兩個輸入音頻測試，這里所指的音頻與我們在低頻電子線路的音頻有區別，實際上是兩個靠的比較近的射頻或微波頻率，由式（1）表示：

當兩個或多個正弦頻率正好落在放大器的帶寬內并通過一個非線性放大時，其輸出信號將包括各種頻率分量。三階交調分量2F1-F2，2F2-F1是非線性中三次方項產生的，由于落在帶寬內，是我們主要關注的非線性產物，見圖1。

圖2反映了基頻（一階交調）與三階交調增益曲線，當輸入功率逐漸增加到IIP3時，基頻與三階交調增益曲線相交，對應的輸出功率為OIP3。IIP3與OIP3分別被定義為輸入三階交調載取點（Input Third-order Intercept Point）和輸出三階交調載取點（Output Third-order Intercept Point）。

3．測量方法與設備

要精確的測量IP3需要謹慎遵守幾個步驟，圖4為測試框圖，每部分的考慮和作用將影響測量精度，應盡量減少信號源和頻譜分析儀產生的交調分量。附加在射頻信號源與合成器之間的隔離器可以改善并隔離射頻信號源之間的交調或混合，低通濾波器可以減少射頻信號源的諧波成分。附加在被測放大器與頻譜分析之間的隔離器可以改善與頻譜分析儀的阻抗匹配，低通濾波器可以減少由被測放大器產生的諧波分量。

輸出到頻譜分析儀的信號功率不能太高，避免由頻譜分析儀產生的非線性失真，對此要求射頻信號源的輸出功率要小，由圖2可以看出，三階交調輸出功率（圖中的b點）比一階交調輸出功率（圖中的a點）要小很多倍，那么對測量的頻譜分析儀的要求需要有高的動態范圍。

綜合以上的考慮后，需要謹慎遵守以下測量步驟：

[1] 按照圖4測試框連接好設備；
[2] 設置射頻信號源F1的頻率和輸出功率；
[3] 設置射頻信號源F2的頻率和輸出功率；
[4] 設置頻譜分析儀衰減電平、參考電平、中心頻率、范圍（SPAN）、分辨率等參數；
[5] 提供符合被測放大器的工作條件（電壓，電流）；
[6] 調整射頻信號源的輸出功率并在頻譜分析儀測得F1或F2的輸出功率，此為a點的值并記錄（比如-10dBm）；
[7] 調整頻譜分析儀測得2F1-F2或2F2-F1的輸出功率并記錄，此為b點的值；
[8] 用（5）和（6）公式計算出OIP3和IIP3