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互调失真应用分析

发表时间:2022/6/27 14:39:51  来源:RF技术社区  浏览次数:2407  
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在射频电路中,互调失真是指由放大器引入的输入信号的和差失真,其中两个或多个不同频率的信号通过放大器或扬声器,然后产生新的频率分量。这种失真通常是由电路中的有源器件(例如晶体管、电子管)产生的。失真的大小与输出功率有关,由于这些新产生的频率分量与原始信号不相似,因此人耳容易察觉的互调失真较小。这是射频设计过程中经常遇到的问题,它是怎么来的呢?接下来我们一起讨论。

互调是有源系统内或来自外部源的频率分量的不需要的组合。组合两个或多个信号会产生另一个信号,该信号可以进入系统的不同频段并在系统中造成干扰。互调失真是如何发生的,是什么原因造成的,如何预防?在任何无线传输系统中,接收器的有效性都非常重要,接收信号中的干扰会导致服务中断。开发人员和网络工程师确保系统按照技术规范进行设计、测试和实施,以高效运行。由于我们的无线生态系统必须支持众多客户和服务,发射机站点和设备的数量呈指数级增长。所有这些设备都以连续发射射频波的形式交换信息。自引入3G 和LTE 网络以来的十年中,频段的数量也有所增加。为了与其他无线标准共存,所有无线传输系统都必须在互调失真的控制规范内。有两种主要的互调类型:无源互调和有源互调。

无源互调失真当多个信号在定向耦合器、功率分配器、功率分配器、射频隔离器、射频循环器、衰减器和适配器等非线性无源器件中组合时,就会发生无源互调.

有源互调失真发生有源互调在有源电子系统中,来自系统内部或外部源的两个或多个信号结合产生频率倍数和乘积。这些信号通常是低功率的,但在某些情况下强大到足以使其他接收到的信号失真。如果设计不符合规范,则所有现代无线电传输设备都可能发生有源互调。设备制造商必须严格遵守工作频率、功率输出和互调规范的指导方针.

无源互调 (PIM) 的来源由于射频波的性质,非线性无源元件会引入失真。未正确屏蔽的射频电缆会导致系统中出现PIM。生锈的射频连接器、适配器和裸露的信号连接器。连接器、电缆和信号中的松散接触会导致互调。由于磁滞效应,铁磁材料的非线性特性会引起PIM。大型金属框架和馈线会导致一定程度的PIM。连接器的火花放电会导致氧化,从而使信号失真。机械开关接触不良会导致PIM。

有源互调的来源半导体芯片中的杂质任何系统的非线性有源元件都会产生互调。有源组件(如射频模块)内的不正确设计/布局可能导致设备互调。半导体衬底层中的微观杂质。共享同一天线的系统内的多个信号源可能会导致互调。例如,在LTE 频段中使用的双工器共享一个用于发送和接收的公共天线。电路板上紧密运行的信号线会引入串扰和互调。由于二阶互调,非线性放大器是谐波失真和互调失真的受害者。在无线电收发器中,一个信号源的谐波产物与同一发射器或接收器信号的其他频带相结合,从而在接收频带中产生干扰。发射天线处理多个频率的方式不匹配会导致信号反射与其他频段混合并导致互调。当电路有缺陷的电子元件和劣质元件时,就会发生IMD。有源天线可放大信号电平,通常有助于IMD如何防止互调在设备设计中使用高质量组件并避免使用非线性有源组件。在线性范围内操作功率放大器以避免互调产物。避免劣质机械开关和接触不良的信号适配器。使用高质量的电缆组件和信号连接器。发射设备电路的适当屏蔽将防止来自外部来源的失真。功率放大器和天线之间良好的阻抗匹配消除了信号反射并提高了IMD水平。电缆、定向耦合器、功率分配器、衰减器、隔离器和系统的所有组件之间的牢固连接可降低失真的可能性。减少系统中的组件数量以提高质量。为确保最佳性能,请在推荐的操作范围内使用所有设备和组件。如果可能,请将发射和接收天线保持在恒定距离。电路板设计中的优质材料可改善失真。

互调失真的意义随着各种应用中使用的无线传输设备数量的增加,不需要的信号失真会变得更大。高度失真将导致所有无线电出现故障。由于现代通信使用宽频谱进行无线传输,网络工程师面临许多挑战,例如互调和无线共存导致的失真。在功率放大器中,IMD 是使放大器适用于特定用途的重要规格之一。高质量的音频系统需要跟踪和消除互调源以获得最佳性能。

结论互调失真可以通过改进设计和在系统中使用高质量的元件来控制在一定的水平。然而,由于元件和功率放大器等的限制,在大多数情况下,完全消除这种不想要的信号失真是不可避免的……为了拥有一个高效的系统,工程师必须确保优化设计、准确测试优质元件和在实施阶段,跟踪不需要的失真。

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