射频与微波测量之失真参数

谐波

一个完美的正弦信号的频谱为一个冲击函数，可是当大信号经过一个器件以后因为失真，信号将再也不为一个单音信号，频谱上该信号倍频位置上也会出现信号，这种现象称为谐波失真。简单的来讲就是单频信号经过了一个非线性的器件，致使了这个标准正弦波变形了。频谱中原始信号为基波，倍频上出现的信号为谐波，2倍频位置信号称为二次谐波，3倍频位置出现的信号为三次谐波…….在射频通讯中谐波失真大意味着该信道的信号将会对其余信道产生影响。

总谐波失真（Total harmonic distortion，THD）

全部谐波功率之和与基波功率之比称为总谐波失真（Total Harmonic Distortion，THD）

互调失真（Intermodulation Distortion，IMD）

两种或多种不一样频率的信号经过非线性器件的时候会产生差拍与构成新的频率份量，这种现象叫作互调失真。

虽然谐波失真能够直接表征器件的失真特性，可是谐波频谱每每与基波频谱相距很远，网络的频响极可能会将实际电路中的谐波给过滤掉，致使测量困难。这时能够经过互调失真的测量来表征器件的非线性，一般在测试互调失真的时候咱们都是测三阶互调失真，由于三阶互调失真的失真产物就在两个输入信号的左右不远处。好比输入9MHz,10MHz信号时候产生的三阶互调失真就出如今8MHz，11MHz。

对于输入F1,F2两个信号，其产生的不一样阶次双音互调失真以下：

互调失真与有意的信号调制（如混频器）的区别在于，信号调试是有意将两个信号输入到一个非线性器件利用器件非线性特性来实现信号调制，而互调失真是咱们将信号输入一个非理想的线性器件的时候，器件的非理想性（非线性）致使了互调信号的产生。

 

三阶截断点（Third-order intercept point，IP3）

谐波功率能够用输出功率或者输出功率与基波的比值表示，比较经常使用的单位为dBc（与载波相比的功率）。对于大多数器件来讲，谐波的功率是随着基波的功率增加而增加的（单位为dB），增加速率与谐波次数成正比，这是谐波的一个重要属性。谐波功率根据阶数不一样，按照不一样的斜率随基波功率增加，可是这个增加不是无限的，不然从某点开始谐波功率将会超过基波。谐波功率像输出功率同样会饱和，而且永远不会超过输出功率。

如上图所示，在基波和任意一条谐波随输入功率的变化曲线上在功率比较低的区域（此区域大体为线性增加）沿着各自斜率画一条直线的画，那么在某一个功率点上这些直线会相交到同一个点，这个点被称为截距点。二次谐波延长线与基波延长线交点为二阶截断点IP2（Second-order intercept point）、三次谐波延长线与基波延长线交点为三阶截距点IP3（Third-order intercept point）。

交调失真对模拟微波通讯来讲，会产生邻近信道的串扰，对熟悉微波通讯来讲，会下降系统的频谱利用率，并使误码率恶化；所以容量越大的系统，要求IP3越高，IP3越高表示线性度越好和更少的失真。

IIP与OIP的区别：前者用输入功率表示，后者用输出功率表示。

IP3 测试方法

IP3是虚交点，实际系统中没法直接测出，但能够经过IMD3测试结果计算出来。

一直谐波功率曲线的斜率，只要测得一对数据（输入功率和谐波功率，即坐标中曲线上的一个点）就能计算出该曲线的方程式，而后求出该谐波功率曲线与基波功率曲线交点便可。

1dB压缩点（1 dB Compression Point，P1dB）

对于微波器件存在着一个增益压缩现象，器件的增益会随着输入功率的增长而衰减，当增益压缩1dB时的输入或输出功率称为该器件的1 dB压缩点即P1dB，此时有

P1dB_output = P1dB_input + (Gain - 1) dBm

达到1dB压缩点以后，继续增长输入功率，器件的增益会快速降低。典型状况下，当功率超过P1dB时，增益将迅速降低并达到一个最大的或彻底饱和的输出功率，其值比P1dB大3-4dB。输入功率超过P1dB太大极可能会致使器件的损坏。

参考

Cascaded 1 dB Compression Point (P1dB)

The Relationship of Intercept Points and Composite Distortions

Second-order intercept point

Third-order intercept point

Intermodulation

Intermodulation Performance and Measurement of Intermodulation Components

三阶互调的计算