非線性失真

在雙端口網絡或傳輸線上，輸入與輸出之間為非線性關系時出現的信號失真。非線性失真分為非線性幅度失真和非線性相位失真。

衡量非線性失真(非線性幅度失真)主要技術指標有：Pin-1(Pout-1)、IMD2、IMD3、IIP2(OIP2)、IIP3(OIP3)等，非線性失真主要由放大器、混頻器等有源器件引入。

2非線性失真主要技術指標

大多數文獻中，為了描述簡潔，通常用英文縮寫來描述非線性失真的主要技術指標。如果初次接受這么多概念，難免會弄糊涂了。下面用完整的英文來解釋這些概念，一目了然。

Pin：Input power；

Pout：Output power；

P-1dB：1dB compression point；

IM3：3rdorder two tone intermodulation product；

IMD3：The differences between output power and IM3；

IM2：2rdorder two tone intermodulation product；

IMD2：The differences between output power and IM2；

IP3：3rdorder intercept point；

IIP3：Input two tone 3rdorder intercept point；

OIP3：Output two tone 3rdorder intercept point；

IIP2：Input two tone 2rdorder intercept point；

OIP2：Output two tone 2rdorder intercept point；

具體概念的定義，如下圖所示，可以很明晰的看到二階、三階截斷點、1dB壓縮點之間的關系。

圖(1)

圖(2)

3非線性器件的分析

非線性器件有多種分析方法(冪級數分析法、指數函數分析法等)，下面采用冪級數分析法分析非線性器件的特性。

設某一非線性器件的輸入信號為v，輸出信號為y=f(v)，如果f(v)的各階倒數存在，則該函數可以展開成以下冪級數，

實際應用中我們取冪級數的前三項，即

設輸入信號為：，則非線性器件的輸出信號為：

上式說明了輸出信號中所包含的全部頻譜成份，并有如下規律：

1.輸出信號中產生了輸入信號中沒有的新的頻率成份(諧波及各種組合頻率)；

2.輸出信號中最高諧波次數及各種組合頻率的系數之和不超過‘非線性的冪多項式最高次數’

3.輸出信號中的直流成分、偶次諧波以及系數之和為偶數的各種組合頻率成分，其振幅只與冪級數的偶次項系數(包括常數項)有關，而與奇次項系數無關；類似的，奇次諧波以及系數之和為奇數的各種組合頻率成分，其振幅只與冪級數的奇次項系數有關；

4.m次諧波(直流成分可視作零次，基波可視作一次)以及系數之和等于m的各組合頻率成分，其振幅只與冪級數中等于及高于m的各項系數有關；

5.所有組合頻率都是成對出現的。

實際測試中，我們通常輸入等幅雙音信號，即

則非線性器件的輸出為：

從而可以得出各分量之間的關系：

表(1)

各分量之間有如下關系：

4三階交調

第三部分對所有非線性分量 進行了定量分析，這部分主要討論三階交調。

我們通過解決這幾個疑問來學習這方面的知識：

1）什么是交調？

2）什么是三階？

3）為什么在幾乎所有的情況下，只提三階交調(2w2-w1、2w2-w1)，而不是四階、五階？

因為2w2-w1、2w2-w1位于輸入信號附近，因此不容易從放大器的通帶內濾除。

4）什么是三階截斷點？

一階和三階功率相等的點(虛擬的1個點)

5）Pin-1dB與IIP3的關系？

通常，實際PA的IIP3比其大10～15dB。

6）三階交調的應用？

無寄生動態范圍等。

審核編輯：湯梓紅