WCDMA系統(tǒng)的無源互調(diào)_二端口無源互調(diào)測量系統(tǒng)

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(dāng)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(jī)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(jìn)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(biāo)是當(dāng)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(jī)，最終造成接收機(jī)無法正常工作。通常，設(shè)計者較為關(guān)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(xué)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(guān)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。可見，F(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(jié)果是一致的，見圖1所示。

圖1a表示了當(dāng)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(dāng)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(guān)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(dāng)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(fù)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(fù)雜，但是要完成準(zhǔn)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(yīng)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。可以采用可調(diào)的帶通濾波器來完成這個功能。帶通濾波器的Q值應(yīng)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(yīng)固化在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)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(dǎo)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(yīng)用，原因是不能反復(fù)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(dá)到-165dBc。

良好的通信質(zhì)量是由載頻/干擾比(C/I)指標(biāo)來保證的，“I”值應(yīng)盡可能低。理想情況下，“I”值應(yīng)小于接收機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)會直接影響到無源器件的生產(chǎn)和制造，進(jìn)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(guān)心這個指標(biāo)，相信在不遠(yuǎn)的將來就會有合適的無源互調(diào)測量系統(tǒng)誕生。