ROF系统三阶交调失真及测量方法

前言

       在射频或微波多载波通讯系统中，内部电光转换的非线性会产生三阶交调失真。三阶交调失真的存在，对模拟微波通信来说，会产生邻近信道的串扰，限制了传输的射频信号的功率和整个系统的无寄生动态范围，对数字微波通信来说，会降低系统的频谱利用率，并使误码率恶化。

通常用三阶交调截取点IP3（Third-order Intercept Point）来衡量ROF系统的线性度或失真的重要指标。容量越大的系统，要求IP3越高，IP3越高表示线性度越好和更少的失真。下面我们对三阶交调失真以及相关参数表征及测量进行详细阐述。

三阶交调失真的产生

当频率成分为ω1和ω2的两个射频或微波信号（此处ω1和ω2是两个靠的比较近的射频或微波频率）同时输入到增益为G的ROF系统中，由于混频作用，会产生除基频信号之外的其他信号，其频谱如图1所示（此处只考虑二次谐波），

    其中，ω1和ω2为基频信号，2ω1和2ω2为二次谐波项，ω2-ω1，ω2+ω1为二阶交调失真项，2ω2-ω1和2ω1-ω2为三阶交调失真项。谐波和交调失真会对基频信号产生干扰，所以希望通过滤波器将这些分量进行消除，从图1可以看出三阶交调信号位于基频附近，很难通过带通滤波器将其消除，给系统通信造成了一定影响。因此三阶交调失真是我们Z为关注的参数。当输入的信号含有更多频率成分时，这种交调失真给系统带来的影响更为显著，造成输出信号失真。

三阶交调失真截点及计算

我们知道，系统输出基频信号的幅度随输入信号电压呈线性变化，而三阶交调项幅度随输入信号的3次方变化，如果将他们的变化反映在对数坐标系中，就会得到斜率为1的基频双音信号直线和斜率为3的三阶交调失真直线，如图2所示。

图中，基频双音信号直线和三阶交调失真直线交为一点，该点即为三阶交调失真截点（IP3），此时，三阶交调失真信号幅值和输出基频信号幅值相等，这个点可以用输入三阶截点功率（IIP3）和输出三阶截点功率（OIP3）来表示，三阶截点是反映系统的线性范围的一个指标，三阶截点越高，表征系统线性度越好。

如图2所示，若ROF系统增益为G，我们很容易计算得出如下关系：

其中Pout为输出基频信号功率，IMD3为输出基频信号功率与三阶交调失真信号功率IM3之差，对于给定的输入信号和ROF系统，其基频输出功率Pout和IMD3是固定的，因此OIP3和IIP3都可以计算得出。

三阶交调的测量方法

通过上面的分析，我们可以通过频谱仪来测量ROF系统的三阶交调截点及相关参数。图3为测试框图。

图3中的每部分考虑和作用都会影响测量精度，应尽量减少信号源和频谱分析仪产生的交调分量。附加在射频信号源与合成器之间的隔离器可以改善并隔离射频信号源之间的交调或混合，低通滤波器可以减少射频信号源的谐波成分。

综合以上考虑，测量步骤如下：

[1]按照图3连接好设备；

[2]分别设置信号源F1和F2的频率和输出功率；

[3]设置频谱仪衰减电平，参考电平，ZX频率，范围，分辨率等参数；

[4]提供符合被测系统的工作条件（电压，电流等）；

[5]调整射频信号源的输出功率并在频谱分析仪测得F1和F2的输出功率Pout，取较小值;

[6]调整频谱分析仪测得2F1-F2和2F2-F1的输出功率IM3，取较大值；

[7]根据公式（1）可以计算出输入三阶截点功率和输出三阶截点功率。

对于康冠光电的微波链路等产品，我们常取IMD3即输出基频信号和三阶交调失真信号的相对功率（单位dBc）来表征系统的三阶交调。该值越大，系统的线性度越好，动态范围越大。

康冠光电微波光传输链路产品分为直调和外调两种，直调链路带宽Z高至18GHz，外调链路带宽Z高至50GHz。具体参数见下表：

低带宽直调应用

高带宽直调应用

高带宽外调应用