基于WCDMA系統(tǒng)的發(fā)射頻段無源互調(diào)失真測量分析

　　由二個頻率產(chǎn)生的三階互調(diào)失真是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中普遍存在的問題。當系統(tǒng)中二個(或更多)的載頻信號通過一個無源器件，如天線、電纜、濾波器和雙工器時，由于其機械接觸的不可靠，虛焊和表面氧化等原因，在不同材料的連接處會產(chǎn)生非線性因素，這就像混頻二極管。

　　二個載頻信號(F1和F2)及其二次諧波(2F1和2F2)所進一步產(chǎn)生的最大互調(diào)產(chǎn)物就是三階互調(diào)失真(2F1-F2和2F2-F1)。三階互調(diào)產(chǎn)物(IM3)的典型指標是當二個+43dBm的載頻信號同時加到被測器件(DUT)時，其產(chǎn)生的IM3值不大于-110dBm，也就是-153dBc。

　　三階互調(diào)失真會降低通信系統(tǒng)的性能。發(fā)射信號中過大的三階互調(diào)產(chǎn)物會干擾其它的接收機，最終造成接收機無法正常工作。通常，設計者較為關心有源器件的互調(diào)測試。但是隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展和系統(tǒng)質(zhì)量的提高，對無源互調(diào)的測量也越來越重視了。

　　WCDMA系統(tǒng)的無源互調(diào)

　　在GSM900/1800和800MHz CDMA通信系統(tǒng)中，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物會落入到它們各自的接收頻段。而WCDMA頻段則不同，其發(fā)射頻段(2110MHz～2170MHz)產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物不會落入到其自身的接收頻段(1920MHz～1980MHz)，而會落到發(fā)射頻段。通過以下數(shù)學計算可以來驗證這個現(xiàn)象。

　　三階互調(diào)產(chǎn)物FIM3=2F1-F2，其中F1=[2110、2170]，F(xiàn)2=[2110、2170]。要證明FIM3≠[1920、1980]，只要求出FIM3的取值范圍，再看這個集合與[1920、1980]是否有交集即可。

　　要求FIM3的取值范圍，關鍵要求出其最小值FIM3(min)和最大值FIM3(max)：FIM3(min)=2F1min-F2max=2×2110-2170=2050;FIM3(max)=2F1max-F2min=2×2170-2110=2230?？梢姡現(xiàn)IM3=[2050、2230]與[1920、1980]無相交部分，也就是說FIM3≠[1920、1980]。

　　通過計算工具也可以表征WCDMA頻段三階互調(diào)的變化趨勢，這種變化趨勢與上述計算結果是一致的，見圖1所示。

　　圖1a表示了當F1=2110.0MHz，F(xiàn)2從2110.0MHz向2170.0MHz方向變化時，IM3從2050.0向2110.0MHz的變化趨勢;圖1b表示了當F1=2110.0MHz，F(xiàn)2從2170.0MHz向2110.0MHz方向變化時，IM3從2230.0向2110.0MHz的變化趨勢。

　　從以上情況可以發(fā)現(xiàn)，無論F1和F2在2110.0MHz～2170.0MHz范圍內(nèi)如何變化，其IM3均不會落入到1920.0MHz～1980.0MHz頻段，而會落到2050.0MHz～2170.0MHz頻段。此外，WCDMA系統(tǒng)的七階互調(diào)會落入其接收頻段，如IM7=4×2110-3×2170=1930MHz，有關這個問題將另文討論。

　　在WCDMA系統(tǒng)中，如果在發(fā)射頻段產(chǎn)生一個-110dBm的無源互調(diào)信號，也就是干擾信號，這可能會給系統(tǒng)帶來影響，因為這個數(shù)值已經(jīng)大于系統(tǒng)中有用信號的最小幅度了。

　　在GSM900/1800和800MHzCDMA通信系統(tǒng)中，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的IM3會落入到各自的接收頻段。在這三種系統(tǒng)的無源互調(diào)測量系統(tǒng)中，通常采用雙工器和濾波器來提取IM3值。圖2是一個典型的GSM900接收頻段的二端口器件無源互調(diào)測量系統(tǒng)(BXTPIM900)。

　　圖2 BXTPIM900二端口無源互調(diào)測量系統(tǒng)

　　當F1和F2通過DUT時，DUT的輸出存在4個頻率分量F1、F2、2F1-F2和2F2-F1，其中F1和F2直接被大功率低互調(diào)負載所吸收，而2F1-F2和2F2-F1則被雙工器提取出來，濾波器則是為了進一步濾除F1和F2，以提高頻譜分析儀的動態(tài)范圍。由于三階互調(diào)產(chǎn)物全部落入接收頻段，故可以采用標準的雙工器和濾波器。

　　而WCDMA頻段則不同，從上述分析中我們發(fā)現(xiàn)，其發(fā)射頻段(2110MHz～2170MHz)產(chǎn)生的IM3值落到了發(fā)射頻段，也就是說IM3值和F1及F2靠的很近。在這種情況下，無法采用雙工器將IM3提取出來，而要采用其它方法。

　　圖3參照了IEC推薦的發(fā)射頻段IM3測試方法。

　　
? ? ? ?BXTPIM2100T WCDMA二端口無源互調(diào)測量系統(tǒng)

　　圖3 BXTPIM2100T WCDMA二端口無源互調(diào)測量系統(tǒng)

　　二個46dBm的CW信號分別通過合路器合成到一條傳輸線中并加到DUT上，合成信號通過DUT后被一個低互調(diào)負載吸收，其中-30dB的信號被定向耦合器耦合出來，通過一個可調(diào)帶通濾波器，在頻譜分析儀上測試出允許的IM3值。

　　從測試原理和方法看，無源互調(diào)的測試并不復雜，但是要完成準確的測試卻并不容易。在搭建測試系統(tǒng)時，要注意系統(tǒng)中的每個環(huán)節(jié)。

　　(1)功率放大器。在一些PIM測試系統(tǒng)中，通常采用43dBm的功放。然而在WCDMA系統(tǒng)中，由于WCDMA信號的高峰均功率比而對系統(tǒng)的發(fā)射功率提出了更高的要求，也就是說WCDMA系統(tǒng)中的無源器件會在更高的射頻功率電平下工作。所以WCDMA無源互調(diào)測量系統(tǒng)中的功率應盡可能大，但是由于受到放大器成本和合路器功率容量的限制，通常采用46-47dBm的功率放大器。

　　(2)定向耦合器。采用30dB定向耦合器是考慮到輸入到頻譜儀的F1和F2功率總和盡可能小，一來可使頻譜儀工作在安全電平下，二來可避免大功率信號在頻譜議內(nèi)產(chǎn)生有源互調(diào)，可以通過帶通濾波器將F1和F2抑制到0dBm以下。

　　(3)濾波器。由于WCDMA三階互調(diào)產(chǎn)物落在發(fā)射頻段，所以無法用固定濾波器來提取IM3分量?？梢圆捎每烧{(diào)的帶通濾波器來完成這個功能。帶通濾波器的Q值應盡可能的高，建議采用五節(jié)帶通濾波器。

　　(4)測試系統(tǒng)。從無源互調(diào)測試原理考慮，測試系統(tǒng)應固化在標準機箱內(nèi)。這樣可以避免很多影響測試精度的不確定因素，如可以用半柔電纜來替代編織電纜，合理掌握接頭的連接力矩，防止系統(tǒng)中的器件的移動而導致的接觸不良等因素影響測試。

　　(5)測試電纜。在整個系統(tǒng)中，惟一需要經(jīng)常移動的就是DUT和連接DUT的電纜。雖然皺紋電纜和半柔電纜的自身無源互調(diào)性能很好，但是這些電纜并不能作為測試電纜應用，原因是不能反復彎曲。所以，只能采用特種編織電纜或者微波電纜來做無源互調(diào)的測試電纜，如RG393，這種電纜自身的PIM值可以達到-165dBc。

　　良好的通信質(zhì)量是由載頻/干擾比(C/I)指標來保證的，“I”值應盡可能低。理想情況下，“I”值應小于接收機的噪聲底。從上述分析可以證明，產(chǎn)生無用干擾的一個主要原因就是無源互調(diào)。

　　WCDMA系統(tǒng)目前正處于起步階段，其無源互調(diào)的測量也沒有標準可依，目前只有少數(shù)企業(yè)在從事WCDMA無源互調(diào)測試的研究。但由于這個指標會直接影響到無源器件的生產(chǎn)和制造，進一步影響到系統(tǒng)的性能，目前已有越來越多的無源器件制造商和基站制造商開始關心這個指標，相信在不遠的將來就會有合適的無源互調(diào)測量系統(tǒng)誕生。