IMD3释义及其测试方式
发表日期 : 2022-07-01

在射频或微波多载波通讯系统中,三阶交调是一个衡量线性度或失真的重要指标。

在了解IMD3前,首先我们来介绍下什么是IMD。

IMD就是intermodulation distortion(交调失真)

当两个信号频率f1和f2或多个信号频率同时通过同一个无缘射频传输系统时,由于传输系统的非线性影响,使基频信号之间产生非线性频率分量。这种现象被称为交调,或称互调。把非线性频率分量称为交调产物。这些交调产物如果落在接收频带内,又足够的强,则形成对基波信号频率的干扰,称这种干扰为无源交调干扰,或无源交调失真。

交调产物用下式表示:

f1m=mf1±nf2········

式中:f1、f2为输入基波频率

f1m为交调频率或称交调产物

m 、n为包括1在内的正整数、m+n为交调的阶数

例:当m+n=3时,则为三阶交调

动态三阶交调:在静止状态下测试组件的三阶交调;

静态三阶交调:在晃动状态下测试组件的三阶交调。

三阶交调失真度IMD3 是如何定义的?

射频器件中原始的两个频率信号会激起其他频率的干扰信号,射频器件的非线性导致不同频率信号的互相影响。

一般射频器件的接触不好、器件老化,都可能引起器件的非线性。交调从字面上理解就是相互(两个及两个以上)影响,交调产物就是互相影响的产物。两个或两个以上频率的无线电波在非线性射频器件中传播时,或者在空中传播碰上金属物体的时候,可能产生其他频率的交调干扰信号,就像恐慌的传递一样,群鹿的惊慌传到了羊群(三阶交调),但是恐慌程度可能降低,羊群的恐慌传到小鸟(五阶交调),恐慌的程度又有所降低。

交调干扰信号有三阶、五阶、七阶或者更多阶的分量,但是三阶交调分量最大。假若两个频率和的频率差为frequency difference,三阶交调的频率一般在sum of frequencydifference between frequency的位置 ,如图1所示。

IMD3

          图1:三阶交调

频谱仪中显示出的主信号和交调产物的图形如图2所示。

IMD3 testing graph

图2:三阶交调测试图形

三阶交调是用来衡量射频器件非线性的重要指标,其大小用交调产物与主输出信号的比来表示,单位是dBc

在选择射频器件时,三阶交调指标的绝对值越大越好。其值越大,说明交调产物相对主信号来说越小,对系统的干扰影响越小。

三阶交调分量与基频分量的功率比值定义为IMD3,使用对数表示为

logarithm

进一步化简得

IMD3(dB)=2Pin+Res.

式中,余项Res.表达式如下

res

在近似线性区域,上述余项可以认为是一个常数,这意味着:输入功率每增加1dB,则IMD3将恶化2dB;反之,输入功率每降低1dB,则IMD3将改善2dB。如果超出近似线性区域,这种关系就不满足。

IP3与IMD3的区别解释

IP3即三阶截断点(Third-order Intercept Point) ,

IMD3即三阶互调(Third Order Intermodulation),

两者的区别主要是IP3针对的是功率值,IMD3是相对值,

一般器件的指标中,IP3有输入三阶互调(IIP3),输出三阶互调(OIP3),

IMD3主要有三阶互调抑制度,两者的单位,IP3为dBm,IMD3为dBc。

如何正确测量各种互调失真(IMD、TD+N 、DIM)

非线性失真测量受激励信号的频谱成分影响非常大。

单音谐波失真测量常常受到批评的原因是因为其信号成份过于简单,与现实生活中的音乐或语音相差太远。

双音或多音信号包含两个或两个以上的频率成份,因而更接近现实生活中的信号。

当用双音或多音信号激励一个非线性系统时,除谐波失真外,还会出现互调失真。

目前有多种互调失真测量方法,包括双音互调失真(SMPTE IMD, DIN IMD、CCIF2 IMD、CCIF3 IMD)、多音失真(总失真及噪声TD+N)和动态互调失真(DIM30、DIM100)等。

如何测试三阶交调失真度及交调点功率?

IMD3及IP3的测试并不困难,但是测试中有些需要注意的点,处理不好就会影响测试结果的准确性。

三阶交调的测试,要求给待测件馈入等幅双音信号,双音频间距应按照待测件测试的要求进行设置,通常需要根据实际使用场景来选择合适的双音频点及频间距。对于IMD3的测试,双音幅度可大可小,但是如果要测试IP3,如上一节所述,幅度不能太大,必须要保证待测件工作在近似线性区域。

Connection diagram of using two signal sources to test third-order intermodulation distortion

图3. 采用两台信号源测试三阶交调失真的连接示意图

测试时,可以使用两台信号源提供双音信号,这是三阶交调测试最常用的方法,可以提供相对比较纯净的双音信号。或者使用一台矢量源,通过基带侧编辑波形文件,从而由单个通道输出双音信号,这种方法产生的信号本身会有一定的三阶交调失真,因此只是将其作为一种备选方案。

Connection diagram of using a single vector source to test third-order intermodulation distortion

图4.采用单台矢量源测试三阶交调失真的连接示意图

图3和图4分别给出了采用两种双音产生方式时的三阶交调测试连接示意图,整个测试比较简单,使用频谱仪测试放大器输出的频谱,设置合适的参考电平、中心频率、Span及RBW等,显示出基频及三阶交调信号的频谱,使用Marker功能即可标定IMD3,并由此计算出IP3的功率值。

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