射頻電纜的無(wú)源互調測試

一、無(wú)源互調介紹

在無(wú)線(xiàn)通信系統中，日益增加的語(yǔ)音和數據信息必須在一個(gè)固定帶寬中傳輸，無(wú)源互調失真已經(jīng)成為限制系統容量的重要因素。就好像在有源器件中，當兩個(gè)頻率以上的信號以一個(gè)非線(xiàn)性形式混合在一起時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生一些偽信號，這就是無(wú)源互調信號。當這些偽互調信號落在基站的接收（上行）頻段內時(shí)，接收機就會(huì )發(fā)生減敏現象。這種現象可以降低通話(huà)質(zhì)量，或者降低系統的載干比（C/I），從而減少通信系統的容量。

造成無(wú)源互調的原因很多，其中包括機械接觸不良，射頻通道中的含鐵導體，和射頻導體表面的污染。事實(shí)上，很難準確預知器件的 無(wú)源互調值，測量所得的數據只能用來(lái)大致描述器件的性能。由于結構技術(shù)方面的微小改變都會(huì )導致互調指標的嚴重變化，所以一些生產(chǎn)廠(chǎng)商通過(guò)對產(chǎn)品100%的 檢驗來(lái)保證基站中使用的射頻器件的無(wú)源互調水平都能滿(mǎn)足指標要求。

當存在兩個(gè)或兩個(gè)以上頻率時(shí)，基站的大功率傳輸通道中的每個(gè)組件和子系統都會(huì )產(chǎn)生互調失真。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)生的互調失真既是有方向性的，又是依賴(lài)于頻率的理解，對于集成電纜的指標及其在通信基站中的使用是一個(gè)非常重要的因素。

二、電纜互調測試的實(shí)現

一 條集成電纜（或者是任何兩端口射頻器件）都有兩種無(wú)源互調響應：反射互調和通過(guò)互調。圖1為Summitek公司的無(wú)源互調分析儀測量這兩個(gè)互調信號的原 理。在SI-1900A型設備中，通過(guò)端口1向集成電纜注入兩個(gè)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(gè)大功率信號的負載，并且其無(wú)源反 射互調很小，可忽略。在端口1處測量反射無(wú)源互調響應，在端口2處測量通過(guò)（即前向）無(wú)源互調。與目前使用的大多數無(wú)源互調測試設備不同的 是，Summitek公司的互調分析儀支持前向和反向互調響應的同時(shí)測量，而不需要重新接駁。這樣可以避免重新接駁時(shí)所必須的配對和再配對操作，從而使反 射響應和通過(guò)響應的測量誤差最小化。將該特性與Summitek分析儀的掃頻互調測量功能相結合，就可以對電纜完整的互調特性做測量了。

圖1(a) Summitek 無(wú)源互調失真分析儀對反射和通過(guò)互調響應的測試框圖

圖1(b)用于集成電纜互調測量的分析儀圖片

三、電纜互調特性

圖2中的模型有助于對集成電纜的反射和通過(guò)互調特性的理解。

圖2 用來(lái)說(shuō)明集成電纜反射和通過(guò)互調響應的模型

圖 中的中間部分是集成電纜本身。在這個(gè)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。換句話(huà)說(shuō)，盡管當信號沿著(zhù)電纜的長(cháng)度傳輸，電纜本身會(huì )產(chǎn)生損耗和 群時(shí)延，但是相對于接頭，電纜本身不產(chǎn)生大的互調，可以用圖2中H( )的傳輸函數來(lái)表示。用IMa和IMb來(lái)表示集成電纜接頭產(chǎn)生的互調響應。在本模型中，我們假設互調只產(chǎn)生在每個(gè)接頭中單一的一點(diǎn)上，并且假設互調一旦產(chǎn) 生后，其雙向傳輸是等能量傳輸的。

模型的左邊是端口1，該端口用來(lái)將兩個(gè)+43dBm的信號注入集成電纜（見(jiàn)圖1(a)的框圖）。這兩個(gè)信 號在圖2中表示為向量A1和A2。無(wú)源互調測試系統本身也會(huì )產(chǎn)生互調，用向量IM1表示。注意，和該模型中的其他互調響應一樣，IM1響應也是自其產(chǎn)生處 雙向傳輸的。假定，端口1的互調響應和電纜a端的互調是協(xié)同定位的，換句話(huà)說(shuō)，這兩個(gè)互調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(huì )產(chǎn)生一個(gè)不希望出現的小互調能量，以IM2表示。所有用于端口1的假設同樣適用于端口2。通觀(guān)完整的集成電纜無(wú)源互調的測量模型，以下幾條值得關(guān)注：

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

電纜b端的互調（IMb）和端口2的互調（IM2）會(huì )通過(guò)電纜反向傳輸，從而產(chǎn)生的反射互調響應可以在端口1處測量。

電纜a端的互調（IMa）和端口1的互調（IM1）會(huì )通過(guò)電纜進(jìn)行傳輸，從而產(chǎn)生的通過(guò)互調響應可以在端口2處測量。

通過(guò)這個(gè)模型，集成電纜的互調值就可以被確定了。

四、使用模型預計互調特性

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

首先，我們已經(jīng)知道了每一個(gè)互調源的三階互調公式。以端口1和電纜a端的響應開(kāi)始，互調響應為：

三階互調的頻率為：
w₃ ≡2ω₂ −ω₁

其中
t：時(shí)間
IM1：端口1的三階互調響應
IMa：電纜a端的三階互調響應
σ₁：端口1的互調系數，即端口1(=10^[dBc/20.])的dBc響應的簡(jiǎn)單數字轉化
σ_a：端口a的互調系數，即端口a(=10^[dBc/20.])的dBc響應的簡(jiǎn)單數字轉化
ω_{1, 2, 3}：分別為載波1，載波2和產(chǎn)生的三階互調響應的頻率弧度

電纜b端和端口2的互調響應相對稍微復雜。兩個(gè)載波產(chǎn)生的互調響應可以通過(guò)電纜傳輸函數H(w)表示。為了簡(jiǎn)化公式，和消除非線(xiàn)性功率對互調產(chǎn)物及其載波的影響，假設電纜是無(wú)損耗的。在公式中，這個(gè)假設表示為：
|H(w) |= 1

當最終結果出來(lái)時(shí)，這個(gè)假設對于模型精確度的影響是非常顯著(zhù)的。