用于4G-LTE頻段噪聲測(cè)試和互調(diào)測(cè)試的濾波器組件

　　隨著4GLTE網(wǎng)絡(luò)逐步在全球鋪開(kāi)，其數(shù)據(jù)傳輸速度高于蜂窩3G系統(tǒng)，但由于它使用了重疊的頻段，產(chǎn)生了新的互調(diào)干擾源（IMsource），帶來(lái)了日益嚴(yán)峻的干擾問(wèn)題?，F(xiàn)有的測(cè)試協(xié)議主要關(guān)注兩個(gè)載波信號(hào)產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物，但實(shí)際上存在著多個(gè)調(diào)制載波問(wèn)題。對(duì)于X（MHz）調(diào)制帶寬的載波來(lái)說(shuō)，其三階互調(diào)產(chǎn)物將呈現(xiàn)3倍的調(diào)制帶寬，并遍布接收機(jī)的底噪。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，接收機(jī)底噪每上升20dB，其有效覆蓋區(qū)域?qū)⒁?0倍的比例縮小。很顯然，這對(duì)投資回報(bào)（ROI）和服務(wù)質(zhì)量（QoS）有著重要影響。

　　LTE網(wǎng)絡(luò)自身會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲干擾，但是4G測(cè)試協(xié)議考慮得更加寬泛，包括了來(lái)自非LTE網(wǎng)絡(luò)（GSM、UMTS等）的阻塞信號(hào)產(chǎn)生的共站干擾。由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋和數(shù)據(jù)吞吐量受噪聲信號(hào)干擾比（SNIR）的嚴(yán)重影響，LTE協(xié)議要求整個(gè)元器件供應(yīng)鏈都進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試。從功率放大器和收發(fā)芯片組，到用于阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)電容和多種無(wú)源器件，供應(yīng)商若能滿(mǎn)足互調(diào)指標(biāo)并提供互調(diào)測(cè)試數(shù)據(jù)，將擁有戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如果缺乏此類(lèi)測(cè)試設(shè)備，將迫使從研發(fā)到生產(chǎn)的各個(gè)崗位的工程師搭建自己的測(cè)試系統(tǒng)。

　　每個(gè)器件的非線性程度將影響到系統(tǒng)的互調(diào)水平。測(cè)量時(shí)，待建系統(tǒng)或待維護(hù)系統(tǒng)的性能可通過(guò)以下途徑來(lái)逐一模擬并優(yōu)化，包括空間方案、設(shè)備隔離、保護(hù)頻段、器件選擇等。

　　傳統(tǒng)上使用兩個(gè)等功率發(fā)射載波的測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量的是落在接收頻段的三階互調(diào)產(chǎn)物，主要針對(duì)帶內(nèi)干擾的測(cè)試。但對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，主要的互調(diào)來(lái)源包括阻塞信號(hào)，如低頻設(shè)備（UHF發(fā)射機(jī)、電視、GPS等）的單載波產(chǎn)生的二次諧波，以及帶內(nèi)發(fā)射信號(hào)與非LTE通信平臺(tái)的干擾信號(hào)產(chǎn)生的二階、三階互調(diào)產(chǎn)物。

　　本文描述了測(cè)試系統(tǒng)的射頻濾波模塊系統(tǒng)。隨著頻段數(shù)量激增，這些系統(tǒng)模塊可被靈活地插入（取出）系統(tǒng)，從而提供基于多個(gè)LTE頻段的測(cè)試?？啥ㄖ苹臏y(cè)試模塊和靈活的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于兩個(gè)信號(hào)或多個(gè)信號(hào)混合的互調(diào)測(cè)試。

　　無(wú)源互調(diào)（PIM）和互調(diào)（IM）

　　盡管“無(wú)源互調(diào)（PIM）”和“互調(diào)（IM）”經(jīng)?？苫Q使用，但事實(shí)上，無(wú)源互調(diào)產(chǎn)物是由不當(dāng)?shù)纳a(chǎn)和安裝過(guò)程引起的，如糟糕的焊點(diǎn)、金屬與金屬的接合、磁性材料、有瑕疵的表面處理等。這些問(wèn)題，從本質(zhì)上講，和頻率的相關(guān)性不是很強(qiáng)，因此我們可以使用單頻段而非多頻段對(duì)無(wú)源產(chǎn)品（線纜、連接器等）進(jìn)行無(wú)源互調(diào)測(cè)試。行業(yè)共識(shí)是，基于兩個(gè)+43dBm的載波輸入，無(wú)源器件的無(wú)源互調(diào)值要達(dá)到-156dBc~-169dBc的水平。為了滿(mǎn)足合格的測(cè)試設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍，要避免輸入載波反射回源頭，因這種反射會(huì)提升系統(tǒng)底噪。

　　相較而言，互調(diào)產(chǎn)物（IM）是由非線性器件帶來(lái)的，如PIN二極管、晶體管、可調(diào)BAW/SAW濾波器、MEMS電容器等。它對(duì)頻率的依賴(lài)性比較高，因此互調(diào)測(cè)試必須在多頻段基礎(chǔ)上進(jìn)行，尤其是要基于指定的運(yùn)行頻段。從數(shù)字上看，行業(yè)目前指定的互調(diào)水平（IMD）不如無(wú)源互調(diào)水平（PIM）嚴(yán)苛，但隨著載波功率等級(jí)的提高，這二者之間的差距正不斷縮小。

　　IP3和互調(diào)測(cè)試

　　對(duì)于一般的被測(cè)器件來(lái)說(shuō)，非線性會(huì)導(dǎo)致互調(diào)產(chǎn)物的原因在很多文獻(xiàn)中都有所涉及。從搭建一套測(cè)試設(shè)備來(lái)看，要求的動(dòng)態(tài)范圍越寬（通常是互調(diào)指標(biāo)再加10dB），越需要注意防止新產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物和反射的能量進(jìn)入被測(cè)器件。以下是行業(yè)認(rèn)可的典型的基于LTE頻段的互調(diào)水平：

　　●無(wú)線基站的大功率無(wú)源器件：兩個(gè)+43dBm載波下達(dá)到-113dBm;

　　●分布式天線系統(tǒng)（DAS）的大功率無(wú)源器件：兩個(gè)+43dBm載波下達(dá)到-118dBm;

　　●無(wú)源互調(diào)分析儀的大功率無(wú)源器件：兩個(gè)+43dBm載波下達(dá)到-127dBm;

　　●小功率寬帶開(kāi)關(guān)，MEMS電容器，收發(fā)芯片組和可調(diào)器件：兩個(gè)+26dBm載波下達(dá)到-140dBm（很多情況下，第一個(gè)載波是傳輸頻段，第二個(gè)是阻塞頻段）。

　　三階交截點(diǎn)（IP3）和互調(diào)失真（IMD）之間的換算式如下（單位：dBm）：IP3=P+IMD/2，其中，IMD是三階互調(diào)失真和兩個(gè)P功率載波的差額。

　　案例1：

　　一個(gè)普遍使用的測(cè)試系統(tǒng)（如圖1所示）包含兩個(gè)來(lái)自下行（DL）頻段的發(fā)射信號(hào)，并在接收頻段產(chǎn)生三階互調(diào)失真。在該系統(tǒng)中，功放和低互調(diào)3dB電橋較容易獲取，并且隔離器也相對(duì)便宜，帶來(lái)了一定的便利性和經(jīng)濟(jì)性，但是這個(gè)被廣泛應(yīng)用的方案有著較窄的動(dòng)態(tài)范圍。

　　放大器通過(guò)隔離器和3dB電橋有50dB的隔離度?；诒粶y(cè)器件的回?fù)p情況，兩個(gè)發(fā)射信號(hào)會(huì)被反射回耦合器，并在Tx1口和Tx2口之間均勻分配。由于隔離器是磁性器件，將產(chǎn)生新的互調(diào)失真，并在耦合器處產(chǎn)生高互調(diào)產(chǎn)物。因此，Tx濾波器必須在接收頻段具有100dB以上的抑制，從而阻止這些互調(diào)產(chǎn)物進(jìn)入Rx濾波器，同時(shí)，放大器需要產(chǎn)生3.5dB以上的增益，來(lái)抵消隔離器和耦合器帶來(lái)的損耗。被測(cè)器件的回?fù)p越大，設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍就越受限。

　　案例2：

　　在圖2中，放大器通過(guò)兩個(gè)帶通濾波器產(chǎn)生大約75dB的隔離。被測(cè)器件連接低無(wú)源互調(diào)負(fù)載，三階互調(diào)產(chǎn)物可以通過(guò)接收濾波器在頻譜分析儀上讀取。系統(tǒng)可以通過(guò)一個(gè)載波固定，另一個(gè)載波掃頻，來(lái)獲取更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在系統(tǒng)定期校準(zhǔn)中，將三工器的公共端口接上負(fù)載，通過(guò)接收濾波器來(lái)測(cè)量三階互調(diào)，從而校驗(yàn)系統(tǒng)的基準(zhǔn)水平。建議使用低無(wú)源互調(diào)的連接器來(lái)保護(hù)需要頻繁連接的射頻端口，因?yàn)槎啻芜B接可能產(chǎn)生更多的無(wú)源互調(diào)問(wèn)題。并且建議在公共端口使用DIN（7/16）連接器，從而實(shí)現(xiàn)更好的耐用性和更低的表面電流。其余三個(gè)連接頭不是特別關(guān)鍵，它們并不影響設(shè)備的無(wú)源互調(diào)水平，因?yàn)檩斎氲膬蓚€(gè)大載波不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。

　　案例3：

　　在圖3中，通過(guò)將信號(hào)分別從被測(cè)器件的兩端注入，可以進(jìn)行三階互調(diào)的傳輸測(cè)試或者反射測(cè)試。Tx1代表了來(lái)自發(fā)射頻段的大信號(hào)，Tx2代表了任何可與Tx1混合并在接收頻段產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)產(chǎn)物的信號(hào)，如在二階情況下，IM=Tx1-Tx2。