互調(diào)失真

互調(diào)失真，一種以非線性器件或傳輸介質(zhì)的輸出信號(hào)中出現(xiàn)互調(diào)產(chǎn)物為特征的非線性失真。

互調(diào)失真（Intermodulation distortion, referred to as immune disease）指由放大器引入的輸入信號(hào)的和與差的失真。

互調(diào)失真

比如頻率為1kHz和5kHz的混合信號(hào)輸入放大器后，會(huì)產(chǎn)生6kHz（1kHz和5kHz之和）及4kHz（1kHz和5kHz之間的差異）的互調(diào)失真成份。IMD也是一種測(cè)量非線性失真的方法。互調(diào)失真來(lái)自F1和F1 F2之間的兩個(gè)頻率F1和F2-F2（取絕對(duì)值）在諧波之間，這些諧波可以繼續(xù)相互結(jié)合形成和、差、乘積。比如14kHz和15kHz的諧波失真包括1kHz和29kHz，1kHz可以和14kHz組合形成13kHz，等等。測(cè)量這些位置的諧波幅度就是互調(diào)失真。測(cè)試時(shí)發(fā)出19kHz和20kHz兩個(gè)頻率的聲音，所以圖上19k和20k會(huì)有波峰，我們可以觀察一下19k左邊的圖中是否有太多的諧波。這個(gè)值越小，玩家越優(yōu)秀。

顧名思義，互調(diào)失真（intermodulation distortion）指信號(hào)相互調(diào)制引起的失真調(diào)制modulation一詞最初是指通信技術(shù)中用來(lái)提高信號(hào)傳輸效率的一種技術(shù)。由于含有聲音、圖像文本等的原始信號(hào)“加進(jìn)”在高頻信號(hào)中，然后同志們會(huì)把這個(gè)復(fù)合信號(hào)發(fā)出去。這種將高低頻相“加”調(diào)制的過(guò)程和方式稱為調(diào)制技術(shù)，合成的信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。除了高頻信號(hào)的主要特征之外，調(diào)制信號(hào)包含低頻信號(hào)的所有信息。互調(diào)失真的過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)調(diào)制過(guò)程因?yàn)殡娮与娐坊蚍糯笃鞑豢赡苓_(dá)到完美的線性度，當(dāng)不同頻率的信號(hào)同時(shí)進(jìn)入放大器并被放大時(shí)，在非線性作用下，每一個(gè)不同頻率的信號(hào)會(huì)自動(dòng)加減，產(chǎn)生兩個(gè)原始信號(hào)中沒(méi)有的附加信號(hào)如果原始信號(hào)有三個(gè)不同的頻率，就會(huì)有六個(gè)附加信號(hào)，當(dāng)原始信號(hào)為n時(shí)，輸出信號(hào)為n（N-1）個(gè)。可以想象，當(dāng)輸入信號(hào)是復(fù)雜的多頻信號(hào)時(shí)，比如管弦樂(lè)，互調(diào)失真產(chǎn)生的額外信號(hào)數(shù)量是驚人的！

因?yàn)樗械幕フ{(diào)失真信號(hào)都是音樂(lè)頻率的和差信號(hào)，和自然聲音一模一樣，人耳對(duì)此很敏感不幸的是，在許多放大器中，交調(diào)失真往往大于諧波失真，部分原因是諧波失真通常更容易處理。

雖然互調(diào)失真和諧波失真也是由放大器的非線性引起的，但兩者從數(shù)學(xué)角度看都是在正導(dǎo)頻信號(hào)中加入了一些額外的頻率成分，但實(shí)際上是不同的簡(jiǎn)而言之，諧波失真就是原始信號(hào)波形的失真，即使單頻信號(hào)通過(guò)放大電路也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，而互調(diào)失真就是不同頻率之間的相互干擾和影響測(cè)量互調(diào)失真遠(yuǎn)比測(cè)量諧波失真復(fù)雜，至今沒(méi)有統(tǒng)一。

通信系統(tǒng)中無(wú)源互調(diào)失真的測(cè)量

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，當(dāng)多個(gè)頻率的載波信號(hào)通過(guò)一些無(wú)源器件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真。無(wú)源器件如天線、電纜、過(guò)濾器等，由于機(jī)械連接不可靠使用具有遲滯特性的材料接觸面不干凈等原因，不同頻率的信號(hào)在非材料連接處非線性混合，產(chǎn)生不同幅度的互調(diào)產(chǎn)物，這些互調(diào)失真信號(hào)在通信頻段表現(xiàn)為干擾信號(hào)，降低了系統(tǒng)的信噪比，嚴(yán)重影響了通信系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。事實(shí)上，在我們通常的設(shè)計(jì)和測(cè)量中，我們通常更關(guān)注有源互調(diào)，例如放大器、混頻器等產(chǎn)生的互調(diào)失真并且由于互調(diào)失真和載波之間的相對(duì)幅度差很小，所以容易實(shí)現(xiàn)有源互調(diào)的測(cè)量。隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展和系統(tǒng)質(zhì)量的提高，無(wú)源互調(diào)的測(cè)量和分析將越來(lái)越受到重視。

測(cè)量的建立

測(cè)量功率合成器的互調(diào)失真時(shí)，可以使用下圖所示的傳統(tǒng)測(cè)量方法：

Anritsu公司輸出的大功率連續(xù)波信號(hào)s 68347信號(hào)源分別輸入到功率合成器的兩個(gè)端口。在測(cè)量所需的帶寬內(nèi)適當(dāng)設(shè)置每個(gè)載波的頻率，功率合成器有兩個(gè)功能：即被測(cè)設(shè)備，并將兩個(gè)信號(hào)合成為一個(gè)信號(hào)。功率合成器產(chǎn)生的互調(diào)信號(hào)傳輸?shù)诫p工器端口，接收帶寬內(nèi)的互調(diào)信號(hào)由頻譜分析儀測(cè)量。

現(xiàn)代無(wú)源互調(diào)分析儀可以輸出預(yù)組合雙頻信號(hào)。互調(diào)儀器有兩個(gè)射頻端口第一端口可以輸出兩路大功率雙頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)被測(cè)設(shè)備進(jìn)入分析儀的第二端口來(lái)自第一端口的反射信號(hào)也進(jìn)入分析器的接收器。分析儀可以工作在透射模式和反射模式，分別測(cè)量被測(cè)部件的透射互調(diào)失真和反射互調(diào)失真。

實(shí)際上，對(duì)于被測(cè)零件來(lái)說(shuō)，不同因素引起的互調(diào)失真都是矢量信號(hào)，它們的相對(duì)相位關(guān)系將決定被測(cè)零件在特定狀態(tài)下的互調(diào)失真總幅度。在透射測(cè)量中，不同的互調(diào)產(chǎn)物到達(dá)端口2時(shí)是同相的，而在反射測(cè)量中，到達(dá)端口1的互調(diào)失真是端口1的總響應(yīng)和互調(diào)源在端口2的相移響應(yīng)。因此，反射互調(diào)失真是頻率和被測(cè)部分電氣長(zhǎng)度的函數(shù)。

功率合成器的互調(diào)響應(yīng)由互調(diào)儀器測(cè)量。

互調(diào)儀的端口連接到功率合成器的被測(cè)輸入端口，可以測(cè)量功率合成器的A1、A2和B端口的互調(diào)失真。互調(diào)儀的發(fā)射模式測(cè)量B口的正向互調(diào)失真，反射模式測(cè)量A1口的互調(diào)失真。如圖所示，如果將端口A1作為驅(qū)動(dòng)端口，則端口A2應(yīng)連接一個(gè)低互調(diào)失真負(fù)載，以理想地測(cè)試功率合成器的互調(diào)失真。通過(guò)適配器端口A1、A2，可以測(cè)量功率合成器各輸入端口的互調(diào)。

比較以上兩種方法：功率合成器結(jié)和端口B承載兩個(gè)CW功率，測(cè)得的交調(diào)失真是這兩個(gè)因素的總交調(diào)失真。如果每個(gè)端口的入射信號(hào)是未調(diào)制的，這種方法可以精確地測(cè)量功率合成器的真實(shí)互調(diào)性能，但受到頻譜分析儀固有互調(diào)失真的限制。如果功率合成器在輸出端、輸入端口都是調(diào)制信號(hào)，所以提供的測(cè)量結(jié)果更實(shí)際。

下面主要討論使用無(wú)源互調(diào)分析儀測(cè)量時(shí)提高測(cè)量精度的方法：

一）直接連接法可以用來(lái)測(cè)量二端口器件的正向無(wú)源互調(diào)失真：被測(cè)部件的輸入端口連接到分析儀的第一端口，輸出端口連接到分析儀的第二端口。這種方法的測(cè)量誤差隨著頻率和連接第二端口和被測(cè)部分的電纜的長(zhǎng)度而變化。而且由于互調(diào)儀的端口1和端口2只在測(cè)量的發(fā)射和接收帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，因此在分析儀輸出的載波信號(hào)的諧波頻率范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的駐波，這樣即使被測(cè)部分在大功率載波的基波和諧波頻率范圍內(nèi)具有良好的阻抗匹配特性，這種測(cè)量方法的建立仍然會(huì)產(chǎn)生不同的互調(diào)電平。

首先，使用的定向耦合器必須具有低的固有互調(diào)特性，其耦合度在10 ~ 30db之間如果耦合值太大，待測(cè)互調(diào)信號(hào)會(huì)淹沒(méi)在分析儀端口2的噪聲層中，如果耦合度太小，測(cè)量誤差會(huì)增大。定向耦合器的連接方式使得雙頻載波和產(chǎn)生的互調(diào)都可以傳輸?shù)今詈隙丝冢詈掀鞯膫鬏敱圻B接到低互調(diào)失真終端負(fù)載。耦合器的反向耦合端口匹配標(biāo)準(zhǔn)的50歐姆終端負(fù)載。測(cè)量前，先直接連接定向耦合器（好的，電纜和適配器）轉(zhuǎn)到分析儀的兩個(gè)端口，檢查殘余互調(diào)。這種測(cè)量提供了寬帶阻抗匹配，有效降低了載波諧波頻率范圍內(nèi)的駐波，在穩(wěn)定的測(cè)試條件下獲得了更有意義的測(cè)量結(jié)果。

二）具有高互調(diào)電平的無(wú)源互調(diào)失真測(cè)量：通常，無(wú)源互調(diào)失真分析器系統(tǒng)具有線性工作區(qū)域，例如-75~-125dBm，如果接收機(jī)的互調(diào)電平大于-75dBm，接收機(jī)的測(cè)量誤差會(huì)增加。為了測(cè)量正向互調(diào)電平，可以采用圖3所示的測(cè)試方法。定向耦合器的這種連接方式使雙載波聚合和產(chǎn)生的互調(diào)信號(hào)流向耦合端口，耦合器發(fā)射臂的端口可以連接低互調(diào)失真負(fù)載。

同樣的方法可以應(yīng)用于反向互調(diào)的測(cè)量：

定向耦合器的前向和后向耦合端口接標(biāo)準(zhǔn)的50歐姆負(fù)載，發(fā)射臂接被測(cè)部分，被測(cè)部分的輸出端接低互調(diào)失真負(fù)載，使得傳輸?shù)蕉丝?的互調(diào)信號(hào)最終在端口2測(cè)得。