WCDMA發射頻段無源互調失真測量

由二個頻率產生的三階互調失真是現代通信系統中普遍存在的問題。當系統中二個（或更多）的載頻信號通過一個無源器件，如天線、電纜、濾波器和雙工器時，由于其機械接觸的不可靠，虛焊和表面氧化等原因，在不同材料的連接處會產生非線性因素，這就像混頻二極管。二個載頻信號（F1和F2）及其二次諧波（2F1和2F2）所進一步產生的最大互調產物就是三階互調失真（2F1-F2和2F2-F1）。三階互調產物（IM3）的典型指標是當二個+43dBm的載頻信號同時加到被測器件（DUT）時，其產生的IM3值不大于-110dBm，也就是-153dBc。

三階互調失真會降低通信系統的性能。發射信號中過大的三階互調產物會干擾其它的接收機，最終造成接收機無法正常工作。通常，設計者較為關心有源器件的互調測試。但是隨著通信系統的發展和系統質量的提高，對無源互調的測量也越來越重視了。

WCDMA系統的無源互調

在GSM900/1800和800MHzCDMA通信系統中，由發射頻段產生的三階互調產物會落入到它們各自的接收頻段。而WCDMA頻段則不同，其發射頻段（2110MHz～2170MHz）產生的三階互調產物不會落入到其自身的接收頻段（1920MHz～1980MHz），而會落到發射頻段。通過以下數學計算可以來驗證這個現象。

三階互調產物FIM3=2F1-F2，其中F1=[2110、2170]，F2=[2110、2170]。要證明FIM3≠[1920、1980]，只要求出FIM3的取值范圍，再看這個集合與[1920、1980]是否有交集即可。

要求FIM3的取值范圍，關鍵要求出其最小值FIM3(min)和最大值FIM3(max)：FIM3(min)=2F1min-F2max=2×2110-2170=2050；FIM3(max)=2F1max-F2min=2×2170-2110=2230。可見，FIM3=[2050、2230]與[1920、1980]無相交部分，也就是說FIM3≠[1920、1980]。

通過計算工具也可以表征WCDMA頻段三階互調的變化趨勢，這種變化趨勢與上述計算結果是一致的，見圖1所示。

圖1a表示了當F1=2110.0MHz，F2從2110.0MHz向2170.0MHz方向變化時，IM3從2050.0向2110.0MHz的變化趨勢；圖1b表示了當F1=2110.0MHz，F2從2170.0MHz向2110.0MHz方向變化時，IM3從2230.0向2110.0MHz的變化趨勢。

從以上情況可以發現，無論F1和F2在2110.0MHz～2170.0MHz范圍內如何變化，其IM3均不會落入到1920.0MHz～1980.0MHz頻段，而會落到2050.0MHz～2170.0MHz頻段。此外，WCDMA系統的七階互調會落入其接收頻段，如IM7=4×2110-3×2170=1930MHz，有關這個問題將另文討論。

在WCDMA系統中，如果在發射頻段產生一個-110dBm的無源互調信號，也就是干擾信號，這可能會給系統帶來影響，因為這個數值已經大于系統中有用信號的最小幅度了。

WCDMA系統發射頻段的無源互調測量

在GSM900/1800和800MHzCDMA通信系統中，由發射頻段產生的IM3會落入到各自的接收頻段。在這三種系統的無源互調測量系統中，通常采用雙工器和濾波器來提取IM3值。圖2是一個典型的GSM900接收頻段的二端口器件無源互調測量系統（BXTPIM900）。當F1和F2通過DUT時，DUT的輸出存在4個頻率分量F1、F2、2F1-F2和2F2-F1，其中F1和F2直接被大功率低互調負載所吸收，而2F1-F2和2F2-F1則被雙工器提取出來，濾波器則是為了進一步濾除F1和F2，以提高頻譜分析儀的動態范圍。由于三階互調產物全部落入接收頻段，故可以采用標準的雙工器和濾波器。

圖2 BXTPIM900二端口無源互調測量系統

而WCDMA頻段則不同，從上述分析中我們發現，其發射頻段（2110MHz～2170MHz）產生的IM3值落到了發射頻段，也就是說IM3值和F1及F2靠的很近。在這種情況下，無法采用雙工器將IM3提取出來，而要采用其它方法。

圖3參照了IEC推薦的發射頻段IM3測試方法。二個46dBm的CW信號分別通過合路器合成到一條傳輸線中并加到DUT上，合成信號通過DUT后被一個低互調負載吸收，其中-30dB的信號被定向耦合器耦合出來，通過一個可調帶通濾波器，在頻譜分析儀上測試出允許的IM3值。

從測試原理和方法看，無源互調的測試并不復雜，但是要完成準確的測試卻并不容易。在搭建測試系統時，要注意系統中的每個環節。

（1）功率放大器。在一些PIM測試系統中，通常采用43dBm的功放。然而在WCDMA系統中，由于WCDMA信號的高峰均功率比而對系統的發射功率提出了更高的要求，也就是說WCDMA系統中的無源器件會在更高的射頻功率電平下工作。所以WCDMA無源互調測量系統中的功率應盡可能大，但是由于受到放大器成本和合路器功率容量的限制，通常采用46-47dBm的功率放大器。

（2）定向耦合器。采用30dB定向耦合器是考慮到輸入到頻譜儀的F1和F2功率總和盡可能小，一來可使頻譜儀工作在安全電平下，二來可避免大功率信號在頻譜議內產生有源互調，可以通過帶通濾波器將F1和F2抑制到0dBm以下。

（3）濾波器。由于WCDMA三階互調產物落在發射頻段，所以無法用固定濾波器來提取IM3分量?？梢圆捎每烧{的帶通濾波器來完成這個功能。帶通濾波器的Q值應盡可能的高，建議采用五節帶通濾波器。

（4）測試系統。從無源互調測試原理考慮，測試系統應固化在標準機箱內。這樣可以避免很多影響測試精度的不確定因素，如可以用半柔電纜來替代編織電纜，合理掌握接頭的連接力矩，防止系統中的器件的移動而導致的接觸不良等因素影響測試。

（5）測試電纜。在整個系統中，惟一需要經常移動的就是DUT和連接DUT的電纜。雖然皺紋電纜和半柔電纜的自身無源互調性能很好，但是這些電纜并不能作為測試電纜應用，原因是不能反復彎曲。所以，只能采用特種編織電纜或者微波電纜來做無源互調的測試電纜，如RG393，這種電纜自身的PIM值可以達到-165dBc。