由于现代通信信号谐波要求较宽的带宽,所以工程师可以根据信号分析仪的瞬时带宽来在时域或频域上测量谐波。使用信号分析仪的零展频模式进行时域谐波测量是第一选择,但实际情况未必切实可行。例如,精确测量160MHz 802.11ac信号的三次谐波需要480MHz的瞬时带宽。在这种情况下,需要生成非突发激励信号或者需要小心地配置信号分析仪的功率触发,以确保每次采集的信号等效于突发信号。
需要注意的是,GSM、UMTS和LTE等蜂窝标准的规范对发射信号的最大杂散辐射(而不是谐波功率本身)进行了具体规定。因此,除了使用实际谐波之外,许多工程师还会根据杂散辐射限制来分析无线PA的特征。
互调失真理论知识科普
PA线性度的另一个重要指标是互调失真(IMD)。虽然IMD是衡量所有PA 线性度的重要工具,但是该指标最常用于不需要相邻信道功率测量的通用功率放大器。
互调失真理论
为了理解IMD,我们需要回顾一下非线性系统的多音信号理论。虽然单音激励信号会在该信号频率的每个倍数处产生谐波行为,但是多音信号产生的非线性产物需要在更宽的频率范围才会出现。
如图17所示,PA输出端的二阶失真产物出现在输入信号频率每个倍数的频率处。f2 - f1, 2f1, f1 + f2,和2f2处产生的失真产物包含每个输入音的二次谐波以及两个输入音频率相加和相减频率处的失真产物。
三阶失真描述的是一阶基音信号和每个二阶失真产物之间的相互作用。 事实上,通过数学计算,可以看到两个特定的三阶失真出现在接近基音频率的频率下。以一个实际应用为例,当PA发送调制信号时,三阶失真作为带内失真出现在邻近感兴趣频带的地方。
IMD测量描述的是基音和相邻三阶失真之间的功率差的比率,用dB表示。IMD测量的一个重要特征是一阶和三阶失真之间的功率比完全取决于每个音的绝对功率电平。
在许多器件的线性工作区域中,一阶音和三阶失真产物的比率常常很高。 然而,随着基音输入功率的增加,三阶失真产物也随之增加。实际上,基音的功率每增加1dB,互调失真产物会增加3dB。
理论上,由于三阶失真产物功率的增加速度会比基音功率增加的速度更快,所以两种类型的信号在功率电平上最终相等,如图18所示。从理论上来讲,基音和三阶失真产物功率相等的点为截断点,这个点也称为三阶截点(TOI或IP3)。
使用PXI信号分析仪测量IMD和TOI