射頻與微波測量之失真參數

諧波

一個完美的正弦信號的頻譜爲一個衝擊函數，可是當大信號經過一個器件以後因爲失真，信號將再也不爲一個單音信號，頻譜上該信號倍頻位置上也會出現信號，這種現象稱爲諧波失真。簡單的來講就是單頻信號經過了一個非線性的器件，致使了這個標準正弦波變形了。頻譜中原始信號爲基波，倍頻上出現的信號爲諧波，2倍頻位置信號稱爲二次諧波，3倍頻位置出現的信號爲三次諧波…….在射頻通訊中諧波失真大意味着該信道的信號將會對其餘信道產生影響。

總諧波失真（Total harmonic distortion，THD）

全部諧波功率之和與基波功率之比稱爲總諧波失真（Total Harmonic Distortion，THD）

互調失真（Intermodulation Distortion，IMD）

兩種或多種不一樣頻率的信號經過非線性器件的時候會產生差拍與構成新的頻率份量，這種現象叫作互調失真。

雖然諧波失真能夠直接表徵器件的失真特性，可是諧波頻譜每每與基波頻譜相距很遠，網絡的頻響極可能會將實際電路中的諧波給過濾掉，致使測量困難。這時能夠經過互調失真的測量來表徵器件的非線性，一般在測試互調失真的時候咱們都是測三階互調失真，由於三階互調失真的失真產物就在兩個輸入信號的左右不遠處。好比輸入9MHz,10MHz信號時候產生的三階互調失真就出如今8MHz，11MHz。

對於輸入F1,F2兩個信號，其產生的不一樣階次雙音互調失真以下：

互調失真與有意的信號調製（如混頻器）的區別在於，信號調試是有意將兩個信號輸入到一個非線性器件利用器件非線性特性來實現信號調製，而互調失真是咱們將信號輸入一個非理想的線性器件的時候，器件的非理想性（非線性）致使了互調信號的產生。

 

三階截斷點（Third-order intercept point，IP3）

諧波功率能夠用輸出功率或者輸出功率與基波的比值表示，比較經常使用的單位爲dBc（與載波相比的功率）。對於大多數器件來講，諧波的功率是隨着基波的功率增加而增加的（單位爲dB），增加速率與諧波次數成正比，這是諧波的一個重要屬性。諧波功率根據階數不一樣，按照不一樣的斜率隨基波功率增加，可是這個增加不是無限的，不然從某點開始諧波功率將會超過基波。諧波功率像輸出功率同樣會飽和，而且永遠不會超過輸出功率。

如上圖所示，在基波和任意一條諧波隨輸入功率的變化曲線上在功率比較低的區域（此區域大體爲線性增加）沿着各自斜率畫一條直線的畫，那麼在某一個功率點上這些直線會相交到同一個點，這個點被稱爲截距點。二次諧波延長線與基波延長線交點爲二階截斷點IP2（Second-order intercept point）、三次諧波延長線與基波延長線交點爲三階截距點IP3（Third-order intercept point）。

交調失真對模擬微波通訊來講，會產生鄰近信道的串擾，對熟悉微波通訊來講，會下降系統的頻譜利用率，並使誤碼率惡化；所以容量越大的系統，要求IP3越高，IP3越高表示線性度越好和更少的失真。

IIP與OIP的區別：前者用輸入功率表示，後者用輸出功率表示。

IP3 測試方法

IP3是虛交點，實際系統中沒法直接測出，但能夠經過IMD3測試結果計算出來。

一直諧波功率曲線的斜率，只要測得一對數據（輸入功率和諧波功率，即座標中曲線上的一個點）就能計算出該曲線的方程式，而後求出該諧波功率曲線與基波功率曲線交點便可。

1dB壓縮點（1 dB Compression Point，P1dB）

對於微波器件存在着一個增益壓縮現象，器件的增益會隨着輸入功率的增長而衰減，當增益壓縮1dB時的輸入或輸出功率稱爲該器件的1 dB壓縮點即P1dB，此時有

P1dB_output = P1dB_input + (Gain - 1) dBm

達到1dB壓縮點以後，繼續增長輸入功率，器件的增益會快速降低。典型狀況下，當功率超過P1dB時，增益將迅速降低並達到一個最大的或徹底飽和的輸出功率，其值比P1dB大3-4dB。輸入功率超過P1dB太大極可能會致使器件的損壞。

參考

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

三階互調的計算