淺談RF器件的ACLR來源可以對寬帶載波頻譜

通用RF器件的鄰道泄漏比(ACLR)來源

摘要：任何通用的RF器件,不論是混頻器、放大器、隔離器或其它器件，其鄰道泄漏比(ACLR)都受器件三階互調(diào)失真(IM3)的影響?？赏茖?dǎo)出器件的IM3與三階輸出交調(diào)截點(diǎn)(OIP3)之間的關(guān)系。本文介紹了估算ACLR的公式推導(dǎo)，ACLR是IM3的函數(shù)。?

ACLR/IMD模型

為了了解RF器件的ACLR來源可以對寬帶載波頻譜進(jìn)行模擬，相當(dāng)于獨(dú)立的CW副載波集合。每個副載波都會攜帶一部分總的載波功率。下圖所示就是這樣一個模型，連續(xù)RF載波由四個單獨(dú)的CW副載波模擬，每個副載波的功率為總載波功率的四分之一。副載波以相同的間隔均勻地分布于整個載波帶寬內(nèi)。

圖1. 寬帶載波信號的副載波模型
圖1中的綠線從左到右分別是副載波1、2、3和4。如果我們只考察左邊的兩個副載波(1和2)，可以考慮RF器件中的任意IMD3失真引起的三階IMD分量。三階失真表現(xiàn)為這兩個副載波兩側(cè)的低電平副載波，兩個“綠色”副載波左邊的第一個“紅色”失真分量是這兩個副載波的IMD3失真結(jié)果。

來自副載波1和3的IMD3分量在與載波1間距相同的頻率處具有IMD3失真分量。這在載波頻譜的左邊產(chǎn)生第二個“紅色” IM分量。同樣，來自副載波1和4的IMD3生成的失真分量距離載波邊緣更遠(yuǎn)。

注意這里還存在其它的IMD分量。副載波2和4產(chǎn)生的IM3分量直接疊加在副載波1和2產(chǎn)生的IMD分量上。這一累加效應(yīng)會使距離RF載波邊緣較近的IMD分量的幅值比距離RF載波邊緣較遠(yuǎn)的IMD分量高，產(chǎn)生ACLR失真頻譜中的“肩”特性。Leffel1發(fā)表的一篇論文詳細(xì)描述了來自多個副載波的IMD分量的這種累加。
這種方法可以定量地預(yù)測單獨(dú)的IMD3失真分量的實際電平。

通過增加模型中所使用的單獨(dú)的副載波的數(shù)量可以增加模型的精度2。多個寬帶載波的ACLR性能與該模型中的ACLR非常像，模型中每個單獨(dú)的寬帶載波占據(jù)總的寬帶載波帶寬的一部分。在寬帶載波的相鄰部分，鄰近最后一個載波的單載波的ACLR處于IMD3引起的失真響應(yīng)的高肩位置。這導(dǎo)致多載波情形的ACLR比單載波系統(tǒng)的ACLR差得多。再次說明，這一結(jié)果可以量化后用以精確預(yù)測單寬帶載波或多寬帶載波的ACLR性能。這種基本方法只通過OIP3參數(shù)來預(yù)測RF器件的ACLR性能。

基本關(guān)系

器件的三階互調(diào)分量和三階交調(diào)截點(diǎn)之間的關(guān)系如下所示：
IMD3 = (3 x Pm) - (2 x OIP3)

其中，
Pm?=?雙音測試?yán)又械拿總€單音功率
IMD3 =?三階IM3，以dBm為單位，表示絕對功率
OIP3 =?三階交調(diào)截點(diǎn)，表示絕對功率
為了方便，可將該公式重寫為相對IMD3，即與功率電平(P)有關(guān)的IM3性能。
IMD3 = 2 x (Pm?- OIP3)
其中，

Pm?=?雙音測試?yán)又械拿總€單音功率
IMD3 =?三階IM3，以dBc為單位，表示相對功率
OIP3 =?三階交調(diào)截點(diǎn)，表示絕對功率

例1

以總輸出功率(Ptot)為+30dBm，OIP3為+45dBm的功率放大器(PA)為例。這樣一個PA的相對IMD3可利用上述公式推導(dǎo)得出。但是，IM3雙音測試中每個單音的輸出功率比PA的總輸出功率低3dB，即每個單音+27dBm。所以利用這些值來計算該P(yáng)A的IMD3：

Ptot?= +30dBm (PA的總輸出功率)
Pm?= (+30dBm - 3dB) = +27dBm每個單音
OIP3 = +45dBm

IMD3 = 2 x (27 - 45) = -36dBc

ACLR與IMD3的關(guān)系

寬帶載波的ACLR通過一個校正因數(shù)與雙音IMD3性能相關(guān)。該校正的存在是由于IMD3性能造成了ACLR性能惡化。這種惡化來源于由擴(kuò)頻載波的頻譜密度組成的各種互調(diào)分量的影響。ACLR與IMD3的有效關(guān)系如下所示：
ACLRn?= IMD3 + Cn
其中Cn如下表所示：

?

?

我們可以將IMD3和ACLRn的上述關(guān)系式合并為一個統(tǒng)一的表達(dá)式，由RF器件的基本性能參數(shù)來推導(dǎo)多個擴(kuò)頻載波的ACLR。
ACLRn?= (2 x [(P - 3) - (OIP3)]) + (Cn)
其中，

Ptot?=?所有載波的總輸出功率，以dBm為單位
OIP3 =?器件的OIP3，以dBm為單位
ACLRn?= "n"?載波的ACLR , 以dBc為單位
Cn?=?上述表中的值

例2

重復(fù)上述例子，現(xiàn)假設(shè)功率放大器必須產(chǎn)生四個載波，功率均為250mW，總輸出功率為1W。

P/載波?= +24dBm
Ptot?= +30dBm，總功率
OIP3 = +45dBm

ACLRn?= 2 x ((30 - 3) - (45)) + 12
ACLRn?= -36dBc + 12dB
ACLRn?= -24dBc

重新整理該公式可推導(dǎo)出要得到期望的ACLR所需的OIP3。重新改寫后的公式如下：
OIP3 = 0.5 x ([2 x (P - 3)] - [ACLRn] + [Cn])
其中，

P =?所有載波的總輸出功率，以dBm為單位?
OIP3 = 器件的OIP3，以dBm為單位
ACLRn?= "n"?載波的ACLR , 以dBc為單位
Cn?=?上述表中的值

例3

重復(fù)上述例子，現(xiàn)假設(shè)該功率放大器的四載波ACLR期望值是-50dBc。

P/載波?= +24dBm
Ptot?= +30dBm，總功率
ACLRn?= -50dBc

OIP3 = 0.5 x ([2 x (30 - 3)] - [-45] + [12])
OIP3 = +55.5dBm

結(jié)論

通用RF器件的載波功率電平、OIP3指標(biāo)和單載波/多載波ACLR性能之間的關(guān)系已推導(dǎo)得出。該關(guān)系適用于性能受三階失真分量影響的RF器件。包括許多通用的RF器件，但是驅(qū)動不能太接近飽和電平。通過觀察，該模型對ACLR的預(yù)測精度接近±2dB。

參考文獻(xiàn)

Michael ? ? Leffel, "Intermodulation Distortion in a Multi-signal ? ? Environment,"?RF Design Magazine, June 1995, pp. 78-84.

Nuno Borges ? ? Carvalho and Jose Carlos Pedro, "Compact Formulas to Relate ACPR and ? ? NPR to Two-Tone IMR and IPE,"?Microwave Journal, December ? ? 1999, pp. 70-84.

編輯：黃飛