ROF系統(tǒng)三階交調(diào)失真及測(cè)量方法

在射頻或微波多載波通訊系統(tǒng)中，內(nèi)部電光轉(zhuǎn)換的非線性會(huì)產(chǎn)生三階交調(diào)失真。三階交調(diào)失真的存在，對(duì)模擬微波通信來說，會(huì)產(chǎn)生鄰近信道的串?dāng)_，限制了傳輸?shù)纳漕l信號(hào)的功率和整個(gè)系統(tǒng)的無寄生動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)數(shù)字微波通信來說，會(huì)降低系統(tǒng)的頻譜利用率，并使誤碼率惡化。

通常用三階交調(diào)截取點(diǎn)IP3（Third-order Intercept Point）來衡量ROF系統(tǒng)的線性度或失真的重要指標(biāo)。容量越大的系統(tǒng)，要求IP3越高，IP3越高表示線性度越好和更少的失真。下面我們對(duì)三階交調(diào)失真以及相關(guān)參數(shù)表征及測(cè)量進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1．三階交調(diào)失真的產(chǎn)生

當(dāng)頻率成分為ω1和ω2的兩個(gè)射頻或微波信號(hào)（此處ω1和ω2是兩個(gè)靠的比較近的射頻或微波頻率）同時(shí)輸入到增益為G的ROF系統(tǒng)中，由于混頻作用，會(huì)產(chǎn)生除基頻信號(hào)之外的其他信號(hào)，其頻譜如圖1所示（此處只考慮二次諧波），

圖1 雙音信號(hào)輸入時(shí)的ROF輸出頻譜圖

其中，ω1和ω2為基頻信號(hào)，2ω1和2ω2為二次諧波項(xiàng)，ω 2 -ω 1 ，ω 2 +ω1為二階交調(diào)失真項(xiàng)，2ω 2 -ω1和2ω 1 -ω2為三階交調(diào)失真項(xiàng)。諧波和交調(diào)失真會(huì)對(duì)基頻信號(hào)產(chǎn)生干擾，所以希望通過濾波器將這些分量進(jìn)行消除，從圖1可以看出三階交調(diào)信號(hào)位于基頻附近，很難通過帶通濾波器將其消除，給系統(tǒng)通信造成了一定影響。因此三階交調(diào)失真是我們最為關(guān)注的參數(shù)。當(dāng)輸入的信號(hào)含有更多頻率成分時(shí)，這種交調(diào)失真給系統(tǒng)帶來的影響更為顯著，造成輸出信號(hào)失真。

2.三階交調(diào)失真截點(diǎn)及計(jì)算

我們知道，系統(tǒng)輸出基頻信號(hào)的幅度隨輸入信號(hào)電壓呈線性變化，而三階交調(diào)項(xiàng)幅度隨輸入信號(hào)的3次方變化，如果將他們的變化反映在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，就會(huì)得到斜率為1的基頻雙音信號(hào)直線和斜率為3的三階交調(diào)失真直線，如圖2所示。

圖2 三階交調(diào)失真和三階截點(diǎn)

圖中，基頻雙音信號(hào)直線和三階交調(diào)失真直線交為一點(diǎn)，該點(diǎn)即為三階交調(diào)失真截點(diǎn)（IP3），此時(shí)，三階交調(diào)失真信號(hào)幅值和輸出基頻信號(hào)幅值相等，這個(gè)點(diǎn)可以用輸入三階截點(diǎn)功率（IIP3）和輸出三階截點(diǎn)功率（OIP3）來表示，三階截點(diǎn)是反映系統(tǒng)的線性范圍的一個(gè)指標(biāo)，三階截點(diǎn)越高，表征系統(tǒng)線性度越好。

如圖2所示，若ROF系統(tǒng)增益為G，我們很容易計(jì)算得出如下關(guān)系：

OIP3=IIP3+G, OIP3=P *out* +IMD3/2 （1）

其中Pout為輸出基頻信號(hào)功率，IMD3為輸出基頻信號(hào)功率與三階交調(diào)失真信號(hào)功率IM3之差，對(duì)于給定的輸入信號(hào)和ROF系統(tǒng)，其基頻輸出功率Pout和IMD3是固定的，因此OIP3和IIP3都可以計(jì)算得出。

3.三階交調(diào)的測(cè)量方法

通過上面的分析，我們可以通過頻譜儀來測(cè)量ROF系統(tǒng)的三階交調(diào)截點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)。圖3為測(cè)試框圖。

圖3 三階交調(diào)測(cè)試框圖

圖3中的每部分考慮和作用都會(huì)影響測(cè)量精度，應(yīng)盡量減少信號(hào)源和頻譜分析儀產(chǎn)生的交調(diào)分量。附加在射頻信號(hào)源與合成器之間的隔離器可以改善并隔離射頻信號(hào)源之間的交調(diào)或混合，低通濾波器可以減少射頻信號(hào)源的諧波成分。

綜合以上考慮，測(cè)量步驟如下：

[1]按照?qǐng)D3連接好設(shè)備；

[2]分別設(shè)置信號(hào)源F1和F2的頻率和輸出功率；

[3]設(shè)置頻譜儀衰減電平，參考電平，中心頻率，范圍，分辨率等參數(shù)；

[4]提供符合被測(cè)系統(tǒng)的工作條件（電壓，電流等）；

[5]調(diào)整射頻信號(hào)源的輸出功率并在頻譜分析儀測(cè)得F1和F2的輸出功率Pout，取較小值;

[6]調(diào)整頻譜分析儀測(cè)得2F1-F2和2F2-F1的輸出功率IM3，取較大值；

[7]根據(jù)公式（1）可以計(jì)算出輸入三階截點(diǎn)功率和輸出三階截點(diǎn)功率。

對(duì)于康冠光電的微波鏈路等產(chǎn)品，我們常取IMD3即輸出基頻信號(hào)和三階交調(diào)失真信號(hào)的相對(duì)功率（單位dBc）來表征系統(tǒng)的三階交調(diào)。該值越大，系統(tǒng)的線性度越好，動(dòng)態(tài)范圍越大。

康冠光電微波光傳輸鏈路產(chǎn)品分為直調(diào)和外調(diào)兩種，直調(diào)鏈路帶寬最高至18GHz，外調(diào)鏈路帶寬最高至50GHz。具體參數(shù)見下表：

1、低帶寬直調(diào)應(yīng)用

2、高帶寬直調(diào)應(yīng)用

3、高帶寬外調(diào)應(yīng)用