非線性失真

在雙端口網(wǎng)絡(luò)或傳輸線上，輸入與輸出之間為非線性關(guān)系時(shí)出現(xiàn)的信號(hào)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(shù)指標(biāo)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(shù)指標(biāo)

大多數(shù)文獻(xiàn)中，為了描述簡(jiǎn)潔，通常用英文縮寫來描述非線性失真的主要技術(shù)指標(biāo)。如果初次接受這么多概念，難免會(huì)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?cái)帱c(diǎn)、1dB壓縮點(diǎn)之間的關(guān)系。

圖(1)

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(jí)數(shù)分析法、指數(shù)函數(shù)分析法等)，下面采用冪級(jí)數(shù)分析法分析非線性器件的特性。

設(shè)某一非線性器件的輸入信號(hào)為v，輸出信號(hào)為y=f(v)，如果f(v)的各階倒數(shù)存在，則該函數(shù)可以展開成以下冪級(jí)數(shù)，

實(shí)際應(yīng)用中我們?nèi)缂?jí)數(shù)的前三項(xiàng)，即

設(shè)輸入信號(hào)為：，則非線性器件的輸出信號(hào)為：

上式說明了輸出信號(hào)中所包含的全部頻譜成份，并有如下規(guī)律：

1.輸出信號(hào)中產(chǎn)生了輸入信號(hào)中沒有的新的頻率成份(諧波及各種組合頻率)；

2.輸出信號(hào)中最高諧波次數(shù)及各種組合頻率的系數(shù)之和不超過‘非線性的冪多項(xiàng)式最高次數(shù)’

3.輸出信號(hào)中的直流成分、偶次諧波以及系數(shù)之和為偶數(shù)的各種組合頻率成分，其振幅只與冪級(jí)數(shù)的偶次項(xiàng)系數(shù)(包括常數(shù)項(xiàng))有關(guān)，而與奇次項(xiàng)系數(shù)無關(guān)；類似的，奇次諧波以及系數(shù)之和為奇數(shù)的各種組合頻率成分，其振幅只與冪級(jí)數(shù)的奇次項(xiàng)系數(shù)有關(guān)；

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(shù)之和等于m的各組合頻率成分，其振幅只與冪級(jí)數(shù)中等于及高于m的各項(xiàng)系數(shù)有關(guān)；

5.所有組合頻率都是成對(duì)出現(xiàn)的。

實(shí)際測(cè)試中，我們通常輸入等幅雙音信號(hào)，即

則非線性器件的輸出為：

從而可以得出各分量之間的關(guān)系：

表(1)

各分量之間有如下關(guān)系：

4三階交調(diào)

第三部分對(duì)所有非線性分量 進(jìn)行了定量分析，這部分主要討論三階交調(diào)。

我們通過解決這幾個(gè)疑問來學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)：

1）什么是交調(diào)？

2）什么是三階？

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

因?yàn)?w2-w1、2w2-w1位于輸入信號(hào)附近，因此不容易從放大器的通帶內(nèi)濾除。

4）什么是三階截?cái)帱c(diǎn)？

一階和三階功率相等的點(diǎn)(虛擬的1個(gè)點(diǎn))

5）Pin-1dB與IIP3的關(guān)系？

通常，實(shí)際PA的IIP3比其大10～15dB。

6）三階交調(diào)的應(yīng)用？

無寄生動(dòng)態(tài)范圍等。

審核編輯：湯梓紅