互调失真、P1dB压缩点与三阶交调截止点详解
互调失真、P1dB压缩点与三阶交调截止点详解
在通信系统中，放大器的非线性特性会导致信号失真，其中互调失真（Intermodulation Distortion，IMD）是一个重要的性能指标。当放大器输入单音信号时，输出主要包含基频及其谐波分量。然而，当输入双音或多音信号时，放大器的非线性会导致不同频率之间产生组合频率成分，这些组合频率成分被称为交调失真产物。
所有接收机都采用具有固有非线性特性的射频-中频（RF-IF）信号处理电路。因此，双音互调失真成为影响接收机性能的重要参数之一。当两个大的无用信号被加入到接收机的天线输入端时，由于接收机RF段的非线性，会产生互调产物的虚假信号。如果这些互调产物中的一个频率接近接收机的工作频率，它将被当作真实的输入信号被RF-IF段和解调器处理。
在接收机的通带频率中，由两个带外干扰信号f1和f2产生的二阶和三阶双音互调产物中，特别是三阶互调失真对宽带射频前端的接收机系统影响最大。虽然预选滤波器可以衰减可能产生互调产物的信号，但预选器只是部分解决了互调失真问题。
预选器虽然可以部分解决互调失真问题，但当两个同时落入预选器通带内的干扰大信号时，将产生落入带内的三阶互调产物（2f1-f2）或（2f2-f1）。虽然减小预选器带宽可以减少接收机受到这种干扰影响的频率范围，但对于需要覆盖宽频带的接收机来说，这可能导致互调失真更加严重且容易出现。因此，必须对整个接收机RF-IF链路进行适当的电路和系统设计来使问题最小化。
通常通过给接收机输入两个等功率信号，然后在接收机调谐频率上的失真产物的等效电平来测试接收机的互调指标。但是，更通用的衡量失真指标的方法是使用互调截点。双音三阶互调截点的概念可以通过下图来说明：
图中蓝色曲线表示基波成分，绿色线条表示三阶交调成分。对于小信号来说，蓝色曲线基本上是输入信号增加1dB输出信号功率变化1dB。当输入信号逐渐增大至输入信号增加2dB而输出信号仅仅变化1dB的时候的这个点叫做P1dB，即1DB压缩点。绿色曲线的三阶交调分量随着输入信号每增加1dB，输出增加3dB。把两条曲线延长至相交即确定了三阶截点，对应截点处的输入功率电平就是系统的三阶双音互调的输入截点。这个截点数据不能直接测量得到，只能通过以下公式计算得出：
- Pin: 输入功率
- Pout：输出功率
- IM3：三阶交调产物
- IIP3: 输入三阶交调
- OIP3： 输入三阶交调
- G：增益
- P1dB： 1dB 压缩点
- IMD：输出功率和三阶产物 IM3 之差
由上表中IM3的计算式可知，如果想要降低三阶交调产物的输出功率，在保证增益以及输入功率不变的情况下只能够去提升三阶截点的数值。接收机的三阶截点越高，就越不容易受带内大信号引起的虚假相应的影响。不幸的是，高截点的接收机常常不能够兼容到同时带来的对低噪声系数的要求。通常的办法就是兼顾接收机的噪声系数和三阶截点。通过对三阶截点的测量可以了解系统的接收性能。