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解讀Tx/Rx系統中的非線性失真

電子萬花筒 ? 來源:電子萬花筒 ? 2023-09-05 10:28 ? 次閱讀

非線性失真

在雙端口網絡或傳輸線上,輸入與輸出之間為非線性關系時出現的信號失真。非線性失真分為非線性幅度失真和非線性相位失真。

衡量非線性失真(非線性幅度失真)主要技術指標有:Pin-1(Pout-1)、IMD2、IMD3、IIP2(OIP2)、IIP3(OIP3)等,非線性失真主要由放大器、混頻器等有源器件引入。

2非線性失真主要技術指標

大多數文獻中,為了描述簡潔,通常用英文縮寫來描述非線性失真的主要技術指標。如果初次接受這么多概念,難免會弄糊涂了。下面用完整的英文來解釋這些概念,一目了然。

Pin:Input power;

Pout:Output power;

P-1dB:1dB compression point;

IM3:3rdorder two tone intermodulation product;

IMD3:The differences between output power and IM3;

IM2:2rdorder two tone intermodulation product;

IMD2:The differences between output power and IM2;

IP3:3rdorder intercept point;

IIP3:Input two tone 3rdorder intercept point;

OIP3:Output two tone 3rdorder intercept point;

IIP2:Input two tone 2rdorder intercept point;

OIP2:Output two tone 2rdorder intercept point;

具體概念的定義,如下圖所示,可以很明晰的看到二階、三階截斷點、1dB壓縮點之間的關系。

00d965b0-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

圖(1)

00e14956-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

圖(2)

3非線性器件的分析

非線性器件有多種分析方法(冪級數分析法、指數函數分析法等),下面采用冪級數分析法分析非線性器件的特性。

設某一非線性器件的輸入信號為v,輸出信號為y=f(v),如果f(v)的各階倒數存在,則該函數可以展開成以下冪級數,

00f24f76-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

實際應用中我們取冪級數的前三項,即

00f86adc-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

設輸入信號為00fd4ff2-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png:,則非線性器件的輸出信號為:01013cf2-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

上式說明了輸出信號中所包含的全部頻譜成份,并有如下規律:

1.輸出信號中產生了輸入信號中沒有的新的頻率成份(諧波及各種組合頻率);

2.輸出信號中最高諧波次數及各種組合頻率的系數之和不超過‘非線性的冪多項式最高次數’

3.輸出信號中的直流成分、偶次諧波以及系數之和為偶數的各種組合頻率成分,其振幅只與冪級數的偶次項系數(包括常數項)有關,而與奇次項系數無關;類似的,奇次諧波以及系數之和為奇數的各種組合頻率成分,其振幅只與冪級數的奇次項系數有關;

4.m次諧波(直流成分可視作零次,基波可視作一次)以及系數之和等于m的各組合頻率成分,其振幅只與冪級數中等于及高于m的各項系數有關;

5.所有組合頻率都是成對出現的。

實際測試中,我們通常輸入等幅雙音信號,即

0103f154-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

則非線性器件的輸出為:0106fbd8-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

從而可以得出各分量之間的關系:

表(1)

010af062-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.jpg

各分量之間有如下關系:

0115d806-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

4三階交調

第三部分對所有非線性分量 進行了定量分析,這部分主要討論三階交調。

我們通過解決這幾個疑問來學習這方面的知識:

1)什么是交調?

011dcf7a-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

2)什么是三階?

01229fd2-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

3)為什么在幾乎所有的情況下,只提三階交調(2w2-w1、2w2-w1),而不是四階、五階?

因為2w2-w1、2w2-w1位于輸入信號附近,因此不容易從放大器的通帶內濾除。

4)什么是三階截斷點?

一階和三階功率相等的點(虛擬的1個點)

5)Pin-1dB與IIP3的關系?

01266db0-4b93-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

通常,實際PA的IIP3比其大10~15dB。

6)三階交調的應用?

無寄生動態范圍等。

審核編輯:湯梓紅

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原文標題:Tx/Rx系統中的非線性失真

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