CDMA系统发射频段无源互调失真测量

2016-07-26 11:41:35来源: mwrf 关键字:CDMA系统  发射频段  无源互调  失真测量
  由二个频率产生的三阶互调失真是现代通信系统中普遍存在的问题。当系统中二个(或更多)的载频信号通过一个无源器件,如天线、电缆、滤波器和双工器时,由于其机械接触的不可靠,虚焊和表面氧化等原因,在不同材料的连接处会产生非线性因素,这就像混频二极管。

  二个载频信号(F1和F2)及其二次谐波(2F1和2F2)所进一步产生的最大互调产物就是三阶互调失真(2F1-F2和2F2-F1)。三阶互调产物(IM3)的典型指标是当二个+43dBm的载频信号同时加到被测器件(DUT)时,其产生的IM3值不大于-110dBm,也就是-153dBc。

  三阶互调失真会降低通信系统的性能。发射信号中过大的三阶互调产物会干扰其它的接收机,最终造成接收机无法正常工作。通常,设计者较为关心有源器件的互调测试。但是随着通信系统的发展和系统质量的提高,对无源互调的测量也越来越重视了。

  WCDMA系统的无源互调

  在GSM900/1800和800MHz CDMA通信系统中,由发射频段产生的三阶互调产物会落入到它们各自的接收频段。而WCDMA频段则不同,其发射频段(2110MHz~2170MHz)产生的三阶互调产物不会落入到其自身的接收频段(1920MHz~1980MHz),而会落到发射频段。通过以下数学计算可以来验证这个现象。

  三阶互调产物FIM3=2F1-F2,其中F1=[2110、2170],F2=[2110、2170]。要证明FIM3≠[1920、1980],只要求出FIM3的取值范围,再看这个集合与[1920、1980]是否有交集即可

  要求FIM3的取值范围,关键要求出其最小值FIM3(min)和最大值FIM3(max):FIM3(min)=2F1min-F2max=2×2110-2170=2050;FIM3(max)=2F1max-F2min=2×2170-2110=2230。可见,FIM3=[2050、2230]与[1920、1980]无相交部分,也就是说FIM3≠[1920、1980]。

  通过计算工具也可以表征WCDMA频段三阶互调的变化趋势,这种变化趋势与上述计算结果是一致的,见图1所示。

 图1a表示了当F1=2110.0MHz,F2从2110.0MHz向2170.0MHz方向变化时,IM3从2050.0向2110.0MHz的变化趋势;图1b表示了当F1=2110.0MHz,F2从2170.0MHz向2110.0MHz方向变化时,IM3从2230.0向2110.0MHz的变化趋势。

  从以上情况可以发现,无论F1和F2在2110.0MHz~2170.0MHz范围内如何变化,其IM3均不会落入到1920.0MHz~1980.0MHz频段,而会落到2050.0MHz~2170.0MHz频段。此外,WCDMA系统的七阶互调会落入其接收频段,如IM7=4×2110-3×2170=1930MHz,有关这个问题将另文讨论。

  在WCDMA系统中,如果在发射频段产生一个-110dBm的无源互调信号,也就是干扰信号,这可能会给系统带来影响,因为这个数值已经大于系统中有用信号的最小幅度了。

  在GSM900/1800和800MHzCDMA通信系统中,由发射频段产生的IM3会落入到各自的接收频段。在这三种系统的无源互调测量系统中,通常采用双工器和滤波器来提取IM3值。图2是一个典型的GSM900接收频段的二端口器件无源互调测量系统(BXTPIM900)。

 图2 BXTPIM900二端口无源互调测量系统

  当F1和F2通过DUT时,DUT的输出存在4个频率分量F1、F2、2F1-F2和2F2-F1,其中F1和F2直接被大功率低互调负载所吸收,而2F1-F2和2F2-F1则被双工器提取出来,滤波器则是为了进一步滤除F1和F2,以提高频谱分析仪的动态范围。由于三阶互调产物全部落入接收频段,故可以采用标准的双工器和滤波器。

  而WCDMA频段则不同,从上述分析中我们发现,其发射频段(2110MHz~2170MHz)产生的IM3值落到了发射频段,也就是说IM3值和F1及F2靠的很近。在这种情况下,无法采用双工器将IM3提取出来,而要采用其它方法。

  图3参照了IEC推荐的发射频段IM3测试方法。

  
      BXTPIM2100T WCDMA二端口无源互调测量系统

      图3 BXTPIM2100T WCDMA二端口无源互调测量系统

  二个46dBm的CW信号分别通过合路器合成到一条传输线中并加到DUT上,合成信号通过DUT后被一个低互调负载吸收,其中-30dB的信号被定向耦合器耦合出来,通过一个可调带通滤波器,在频谱分析仪上测试出允许的IM3值。

  从测试原理和方法看,无源互调的测试并不复杂,但是要完成准确的测试却并不容易。在搭建测试系统时,要注意系统中的每个环节。

  (1)功率放大器。在一些PIM测试系统中,通常采用43dBm的功放。然而在WCDMA系统中,由于WCDMA信号的高峰均功率比而对系统的发射功率提出了更高的要求,也就是说WCDMA系统中的无源器件会在更高的射频功率电平下工作。所以WCDMA无源互调测量系统中的功率应尽可能大,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定向耦合器是考虑到输入到频谱仪的F1和F2功率总和尽可能小,一来可使频谱仪工作在安全电平下,二来可避免大功率信号在频谱议内产生有源互调,可以通过带通滤波器将F1和F2抑制到0dBm以下。

  (3)滤波器。由于WCDMA三阶互调产物落在发射频段,所以无法用固定滤波器来提取IM3分量。可以采用可调的带通滤波器来完成这个功能。带通滤波器的Q值应尽可能的高,建议采用五节带通滤波器。

  (4)测试系统。从无源互调测试原理考虑,测试系统应固化在标准机箱内。这样可以避免很多影响测试精度的不确定因素,如可以用半柔电缆来替代编织电缆,合理掌握接头的连接力矩,防止系统中的器件的移动而导致的接触不良等因素影响测试。

  (5)测试电缆。在整个系统中,惟一需要经常移动的就是DUT和连接DUT的电缆。虽然皱纹电缆和半柔电缆的自身无源互调性能很好,但是这些电缆并不能作为测试电缆应用,原因是不能反复弯曲。所以,只能采用特种编织电缆或者微波电缆来做无源互调的测试电缆,如RG393,这种电缆自身的PIM值可以达到-165dBc。

  良好的通信质量是由载频/干扰比(C/I)指标来保证的,“I”值应尽可能低。理想情况下,“I”值应小于接收机的噪声底。从上述分析可以证明,产生无用干扰的一个主要原因就是无源互调。

  WCDMA系统目前正处于起步阶段,其无源互调的测量也没有标准可依,目前只有少数企业在从事WCDMA无源互调测试的研究。但由于这个指标会直接影响到无源器件的生产和制造,进一步影响到系统的性能,目前已有越来越多的无源器件制造商基站制造商开始关心这个指标,相信在不远的将来就会有合适的无源互调测量系统诞生。

关键字:CDMA系统  发射频段  无源互调  失真测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016072616359.html
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