1、交調失真的意義

非線性DUT（例如LNA、PA、塔放），當輸入多個頻率的信號時，各個頻譜分量之間會產生互相作用，產生新的頻譜分量（頻譜再生）；當輸入信號足夠小放大器工作在線性區(qū)，交調失真不會惡化，保持在一個比較均衡的水平；隨著輸入到DUT的功率的增大，放大器逐漸進入壓縮區(qū)，交調失真將發(fā)生快速惡化。

假設兩個頻率信號分別是f1和f2，那么三階交調分量的頻率為2f1-f2和2f2-f1，并且2f1-f2和2f2-f1這兩個頻率緊挨f1、f2，因此會干擾工作帶內頻率信息，如圖1.1所示。而偶次階交調產生的產物比如f2-f1距離主音信號較遠，一般不關注偶次交調產物。

圖1.1 有源器件交調失真產生的頻率信號

圖1.2 OIP3、P1dB與Pin、Pout的關系

由圖1.2圖可以看出，當主音信號輸入功率每增加1dB，3階交調產物輸出功率就會增加3dB，Pin逐漸增加至理想線性Pout虛線延長線與三階交調信號虛線延長線相交，對應的輸出功率為OIP3；此時的IIP3被定義為輸入三階交調截取點（INPUT THIRD-ORDERINTERCEPT POINT），OIP3被定義為輸出三階交調截取點（OUTPUT THIRD-ORDERINTERCEPT POINT）。

2、交調失真的測試原理

2.1 表征交調失真的參數

1).Tone Power

主音調信號輸出的功率值，dBm；

2). Tone Gain

放大器的增益，通過主音Pout、Pin可以計算得到

3). Intermodulation Distortion

IMD是衡量主音信號與交調產物的差值，IMD越大表明此時交調越小，如圖1.1中虛線處，計算公式：

IMD3(dB)=Pout-IM3

4). Intercept Point Parameters

隨著主音信號輸出功率的增加(圖1.1中黑色箭頭)，交調產物輸出功率以更陡的速率增加(圖1.1中藍色、綠色箭頭)。在功率提高到某種程度，交調產物功率將等于主信號的功率，此時的功率等級被稱為截距點，但這一般是不可實現的，只能根據線性區(qū)測試結果來預測。

2.2 OIP3的測試原理

2.2.1 使用1臺信號源+頻譜儀——通過諧波計算OIP3，該方法使用較少，但計算結果與打入雙音信號測量計算出來的結果相同，后面的文章可單獨講解；

2.2.2 使用1臺信號源+頻譜儀——通過1臺信號源調制雙音信號，打入DUT，使用頻譜儀直接測量IM3計算OIP3

2.2.3 使用2臺信號源+頻譜儀——通過信號源分別出單音信號再經合路，再進入DUT，使用頻譜儀直接測量IM3計算OIP3

這種測試方法是按照圖2.1搭建測試環(huán)境，向DUT打入2個單音信號，測出DUT輸出端單音信號的幅度和三階交調產物的幅度，再帶入公式計算。

圖2.1 一般DUT OIP3測試環(huán)境搭建

1). 利用2個信號源分別輸出頻率間隔Δf（Δf=5MHz）的兩個信號f1和f2，然后這兩個信號經過合成器送到DUT，在合路之前最好分別串聯一個環(huán)形器，減少信號源之間的相互串擾；

2). 調節(jié)2個信號源使DUT工作在指定的功率下;

3). 觀測頻譜儀，計算出主音信號幅度和三階交調產物幅度差值,即IMD3，單位dBc;

4). 根據主音信號輸出功率和IMD3，計算出OIP3，單位dBm，公式如下：

OIP3= Pout+ IMD3/2

圖2.2 某個DUT再1GHz小功率工作時OIP3的頻譜

2.3.4 使用矢網測試——通過矢網的兩個內置source分別出單音信號再經過合路，再進入DUT，測量DUT輸出端單音信號的幅度和三階交調產物的幅度由矢網完成，并且矢網可以設置超寬頻率超大帶寬掃頻測試，可快速準確的進行OIP3的頻域響應特性測試；

圖2.3 為配置PNA來生成兩個單音信號，再經過耦合器合路進入DUT；DUT輸出端接入矢網接收機，矢網對接收到的信號進行FFT后，即可計算出單音信號的幅度和三階交調產物的幅度。

圖2.3 利用矢網測量OIP3 block diagram

圖2.4 矢網內部source configuration

1). 選擇sweep fc模式，設置掃描中心頻率起始點、截止點和雙音信號間隔；

圖2.5 配置掃頻測量OIP3掃描模式

2). 配置配置掃頻功率點信息，可以target input功率，也可以target output功率；設置source和receiver衰減器，以提供足夠小的DUT輸入功率和矢網接收機保護；

圖2.6 配置掃頻功率點信息

3). 調出關注的曲線，一般關注PowerIN、PowerOUT、OIP3_Hi、OIP3_Low、OIP3_Avg、IMD3等曲線；

4). 使用功率計和電子校準件校準；

5). 連接DUT從小信號開始測試。

3、總結

要得到較準確的OIP3測量結果，需要在測試環(huán)境上做以下優(yōu)化：

1). 使用高質量的信號源

信號源也是由各類有源器件搭建的一臺儀表，因此信號源本身也會產生交調；當信號源輸出大功率信號時，由于信號源內部一些器件可能進入非線性狀態(tài)，使輸出信號質量大大降低，可能產生雜波或多次諧波，質量差的信號進入DUT，測得的失真信號不能準確的判斷是否由DUT產生；因此需選用高質量的信號源，噪聲要低。

2). 隔離2個信號源，減小相互干擾

可使用環(huán)形器或隔離器等單向器件來隔離兩路信號，降低信號源之間的干擾，從而提高整個測試系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

3). 使用線性好的功率合成器

功率合成器也有一定的非線性，當灌入強信號時也會產生同頻交調分量；采用阻性功率合成器（威爾金森功分器，-3dB）具有非常大的動態(tài)范圍，不會產生交調分量，并且各個端口具有良好的匹配性。

4). 使用動態(tài)范圍大的頻譜分析儀

頻譜儀測量同時測量較小的交調產物信號和較大的主音信號，因此需選用大動態(tài)范圍的頻譜分析儀。

5). 需判斷測試結果的有效性

測試IP3時不能忽略頻譜儀的非線性，輸入DUT的強單音信號同樣會在頻譜儀中產生交調分量。當該交調分量較大時就需判斷測量到的交調分量主要是DUT產生的還是頻譜儀自身產生的，即判斷測試結果是否有效。

（作者：工程師Jimmy，作者對各類儀器基本原理和測試方法有了解，也能夠對復雜的測試需求給出Solution。為了給后來者一個了解這個小領域的窗口，將自己的一點拙見推給好友，決定開一個“無線通信射頻器件測試測量專欄”專欄，也歡迎業(yè)內各位指正。）