射頻電纜的無源互調(diào)測試

一、無源互調(diào)介紹

在無線通信系統(tǒng)中，日益增加的語音和數(shù)據(jù)信息必須在一個固定帶寬中傳輸，無源互調(diào)失真已經(jīng)成為限制系統(tǒng)容量的重要因素。就好像在有源器件中，當(dāng)兩個頻率以上的信號以一個非線性形式混合在一起時，就會產(chǎn)生一些偽信號，這就是無源互調(diào)信號。當(dāng)這些偽互調(diào)信號落在基站的接收（上行）頻段內(nèi)時，接收機(jī)就會發(fā)生減敏現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可以降低通話質(zhì)量，或者降低系統(tǒng)的載干比（C/I），從而減少通信系統(tǒng)的容量。

造成無源互調(diào)的原因很多，其中包括機(jī)械接觸不良，射頻通道中的含鐵導(dǎo)體，和射頻導(dǎo)體表面的污染。事實上，很難準(zhǔn)確預(yù)知器件的 無源互調(diào)值，測量所得的數(shù)據(jù)只能用來大致描述器件的性能。由于結(jié)構(gòu)技術(shù)方面的微小改變都會導(dǎo)致互調(diào)指標(biāo)的嚴(yán)重變化，所以一些生產(chǎn)廠商通過對產(chǎn)品100%的 檢驗來保證基站中使用的射頻器件的無源互調(diào)水平都能滿足指標(biāo)要求。

當(dāng)存在兩個或兩個以上頻率時，基站的大功率傳輸通道中的每個組件和子系統(tǒng)都會產(chǎn)生互調(diào)失真。本文僅關(guān)注其中的一種組件：集成電纜。針對集成電纜產(chǎn)生的互調(diào)失真既是有方向性的，又是依賴于頻率的理解，對于集成電纜的指標(biāo)及其在通信基站中的使用是一個非常重要的因素。

二、電纜互調(diào)測試的實現(xiàn)

一 條集成電纜（或者是任何兩端口射頻器件）都有兩種無源互調(diào)響應(yīng)：反射互調(diào)和通過互調(diào)。圖1為Summitek公司的無源互調(diào)分析儀測量這兩個互調(diào)信號的原 理。在SI-1900A型設(shè)備中，通過端口1向集成電纜注入兩個大功率信號，電纜的另一端與端口2連接。端口2作為這兩個大功率信號的負(fù)載，并且其無源反 射互調(diào)很小，可忽略。在端口1處測量反射無源互調(diào)響應(yīng)，在端口2處測量通過（即前向）無源互調(diào)。與目前使用的大多數(shù)無源互調(diào)測試設(shè)備不同的 是，Summitek公司的互調(diào)分析儀支持前向和反向互調(diào)響應(yīng)的同時測量，而不需要重新接駁。這樣可以避免重新接駁時所必須的配對和再配對操作，從而使反 射響應(yīng)和通過響應(yīng)的測量誤差最小化。將該特性與Summitek分析儀的掃頻互調(diào)測量功能相結(jié)合，就可以對電纜完整的互調(diào)特性做測量了。

圖1(a) Summitek 無源互調(diào)失真分析儀對反射和通過互調(diào)響應(yīng)的測試框圖

圖1(b)用于集成電纜互調(diào)測量的分析儀圖片

三、電纜互調(diào)特性

圖2中的模型有助于對集成電纜的反射和通過互調(diào)特性的理解。

圖2 用來說明集成電纜反射和通過互調(diào)響應(yīng)的模型

圖 中的中間部分是集成電纜本身。在這個模型中，關(guān)鍵是假定集成電纜中只有接頭部分產(chǎn)生互調(diào)。換句話說，盡管當(dāng)信號沿著電纜的長度傳輸，電纜本身會產(chǎn)生損耗和 群時延，但是相對于接頭，電纜本身不產(chǎn)生大的互調(diào)，可以用圖2中H( )的傳輸函數(shù)來表示。用IMa和IMb來表示集成電纜接頭產(chǎn)生的互調(diào)響應(yīng)。在本模型中，我們假設(shè)互調(diào)只產(chǎn)生在每個接頭中單一的一點上，并且假設(shè)互調(diào)一旦產(chǎn) 生后，其雙向傳輸是等能量傳輸?shù)摹?/p>

模型的左邊是端口1，該端口用來將兩個+43dBm的信號注入集成電纜（見圖1(a)的框圖）。這兩個信 號在圖2中表示為向量A1和A2。無源互調(diào)測試系統(tǒng)本身也會產(chǎn)生互調(diào)，用向量IM1表示。注意，和該模型中的其他互調(diào)響應(yīng)一樣，IM1響應(yīng)也是自其產(chǎn)生處 雙向傳輸?shù)摹＜俣?，端?的互調(diào)響應(yīng)和電纜a端的互調(diào)是協(xié)同定位的，換句話說，這兩個互調(diào)源之間的電磁波距離可以忽略不計。

模型的右邊是端口2，該端口也會產(chǎn)生一個不希望出現(xiàn)的小互調(diào)能量，以IM2表示。所有用于端口1的假設(shè)同樣適用于端口2。通觀完整的集成電纜無源互調(diào)的測量模型，以下幾條值得關(guān)注：

每個測試端口都有與其相關(guān)的4個互調(diào)響應(yīng)。其中兩個是接頭末端產(chǎn)生的，另兩個是互調(diào)分析儀自身產(chǎn)物。

電纜b端的互調(diào)（IMb）和端口2的互調(diào)（IM2）會通過電纜反向傳輸，從而產(chǎn)生的反射互調(diào)響應(yīng)可以在端口1處測量。

電纜a端的互調(diào)（IMa）和端口1的互調(diào)（IM1）會通過電纜進(jìn)行傳輸，從而產(chǎn)生的通過互調(diào)響應(yīng)可以在端口2處測量。

通過這個模型，集成電纜的互調(diào)值就可以被確定了。

四、使用模型預(yù)計互調(diào)特性

雖然預(yù)計一個給定的射頻器件的互調(diào)絕對值是非常困難的，但是單個互調(diào)源之間的相互作用在圖2的模型中可以很容易地被表現(xiàn)出來。

首先，我們已經(jīng)知道了每一個互調(diào)源的三階互調(diào)公式。以端口1和電纜a端的響應(yīng)開始，互調(diào)響應(yīng)為：

三階互調(diào)的頻率為：
w₃ ≡2ω₂ −ω₁

其中
t：時間
IM1：端口1的三階互調(diào)響應(yīng)
IMa：電纜a端的三階互調(diào)響應(yīng)
σ₁：端口1的互調(diào)系數(shù)，即端口1(=10^[dBc/20.])的dBc響應(yīng)的簡單數(shù)字轉(zhuǎn)化
σ_a：端口a的互調(diào)系數(shù)，即端口a(=10^[dBc/20.])的dBc響應(yīng)的簡單數(shù)字轉(zhuǎn)化
ω_{1, 2, 3}：分別為載波1，載波2和產(chǎn)生的三階互調(diào)響應(yīng)的頻率弧度

電纜b端和端口2的互調(diào)響應(yīng)相對稍微復(fù)雜。兩個載波產(chǎn)生的互調(diào)響應(yīng)可以通過電纜傳輸函數(shù)H(w)表示。為了簡化公式，和消除非線性功率對互調(diào)產(chǎn)物及其載波的影響，假設(shè)電纜是無損耗的。在公式中，這個假設(shè)表示為：
|H(w) |= 1

當(dāng)最終結(jié)果出來時，這個假設(shè)對于模型精確度的影響是非常顯著的。