射頻電纜的無源互調測試

一、無源互調介紹

在無線通信系統中，日益增加的語音和數據信息必須在一個固定帶寬中傳輸，無源互調失真已經成為限制系統容量的重要因素。就好像在有源器件中，當兩個頻率以上的信號以一個非線性形式混合在一起時，就會產生一些偽信號，這就是無源互調信號。當這些偽互調信號落在基站的接收（上行）頻段內時，接收機就會發(fā)生減敏現象。這種現象可以降低通話質量，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。事實上，很難準確預知器件的 無源互調值，測量所得的數據只能用來大致描述器件的性能。由于結構技術方面的微小改變都會導致互調指標的嚴重變化，所以一些生產廠商通過對產品100%的 檢驗來保證基站中使用的射頻器件的無源互調水平都能滿足指標要求。

當存在兩個或兩個以上頻率時，基站的大功率傳輸通道中的每個組件和子系統都會產生互調失真。本文僅關注其中的一種組件：集成電纜。針對集成電纜產生的互調失真既是有方向性的，又是依賴于頻率的理解，對于集成電纜的指標及其在通信基站中的使用是一個非常重要的因素。

二、電纜互調測試的實現

一 條集成電纜（或者是任何兩端口射頻器件）都有兩種無源互調響應：反射互調和通過互調。圖1為Summitek公司的無源互調分析儀測量這兩個互調信號的原 理。在SI-1900A型設備中，通過端口1向集成電纜注入兩個大功率信號，電纜的另一端與端口2連接。端口2作為這兩個大功率信號的負載，并且其無源反 射互調很小，可忽略。在端口1處測量反射無源互調響應，在端口2處測量通過（即前向）無源互調。與目前使用的大多數無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測量，而不需要重新接駁。這樣可以避免重新接駁時所必須的配對和再配對操作，從而使反 射響應和通過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 無源互調失真分析儀對反射和通過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互調特性的理解。

圖2 用來說明集成電纜反射和通過互調響應的模型

圖 中的中間部分是集成電纜本身。在這個模型中，關鍵是假定集成電纜中只有接頭部分產生互調。換句話說，盡管當信號沿著電纜的長度傳輸，電纜本身會產生損耗和 群時延，但是相對于接頭，電纜本身不產生大的互調，可以用圖2中H( )的傳輸函數來表示。用IMa和IMb來表示集成電纜接頭產生的互調響應。在本模型中，我們假設互調只產生在每個接頭中單一的一點上，并且假設互調一旦產 生后，其雙向傳輸是等能量傳輸的。

模型的左邊是端口1，該端口用來將兩個+43dBm的信號注入集成電纜（見圖1(a)的框圖）。這兩個信 號在圖2中表示為向量A1和A2。無源互調測試系統本身也會產生互調，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端的互調是協同定位的，換句話說，這兩個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，該端口也會產生一個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。通觀完整的集成電纜無源互調的測量模型，以下幾條值得關注：

每個測試端口都有與其相關的4個互調響應。其中兩個是接頭末端產生的，另兩個是互調分析儀自身產物。

電纜b端的互調（IMb）和端口2的互調（IM2）會通過電纜反向傳輸，從而產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）會通過電纜進行傳輸，從而產生的通過互調響應可以在端口2處測量。

通過這個模型，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

雖然預計一個給定的射頻器件的互調絕對值是非常困難的，但是單個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。

首先，我們已經知道了每一個互調源的三階互調公式。以端口1和電纜a端的響應開始，互調響應為：

三階互調的頻率為：
w₃ ≡2ω₂ −ω₁

其中
t：時間
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響應的簡單數字轉化
ω_{1, 2, 3}：分別為載波1，載波2和產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。兩個載波產生的互調響應可以通過電纜傳輸函數H(w)表示。為了簡化公式，和消除非線性功率對互調產物及其載波的影響，假設電纜是無損耗的。在公式中，這個假設表示為：
|H(w) |= 1

當最終結果出來時，這個假設對于模型精確度的影響是非常顯著的。