看完這篇文章，三階互調的計算及IP3測試原理和方法就都懂了

三階交截點（IP3）是衡量通訊系統線性度的一個重要指標，他反映了系統受到強訊號干擾時互調失真的大小。當系統的IP3較高時，要精確測試IP3會比較困難，因為測試環境中各種因素（如測試配件的隔離度、線性度和匹配性等）都容易影響高IP3的測試。下面將簡略介紹IP3的測試原理，詳細分析高IP3的測試方法。

1　IP3測試原理

在無線通訊裝置中，器件（如放大器、混頻器、調製/解調器等）的非線性通常會使同時侵入2個或多個強幹擾訊號發生相互調製，併產生新的頻率成分，這種現象稱為互調。互調幹擾不僅能降低有用訊號的功率，引起訊號失真，降低系統選擇性，還能破壞鄰近通道的效能。因此，互調效能是系統常檢指標，通常用IP3來表示。

IP3是工作頻率訊號在理想線性系統中的輸出訊號與三階互調分量幅值相等時的交點，是一個固定點。如圖1所示［1］。該點是虛交點，實際系統中無法直接測出，但可以透過相關的測量值計算出來。下面將簡單介紹IP3計算式的原理。

雖然侵入系統的強訊號可能有2個或2個以上，但為了測試的方便，假設只有2個強的等幅單音訊號侵入了系統。若用一個冪級數來表示器件的非線性作用，並假設單音訊號的頻率分別為f1和f2，那麼不難推出三階互調分量的頻率為（2f1－f2）或（2f2－f1）。IP3（IIP3，OIP3）的計算式為［2］：

其中：IIP3為輸入IP3，是IP3的橫座標；OIP3為輸出IP3，是IP3的縱座標；Pin為單音訊號的輸入功率電平；Pout為單音訊號的輸出功率電平；G為被測件（Device Under Test - DUT）的小訊號增益。IMD3為三階互調失真，他等於干擾訊號的輸出功率電平減去三階互調量功率電平的值，即：

式（2）中各元素的關係如圖2所示。由式（1）和（2）可知，如果測出單音訊號的輸入/輸出功率和三階互調分量的電平值，就可求出輸入/輸出IIP3的值。

2　高IP3的測試方法

IP3的一般測試方法是按照圖3搭建測試環境，向DUT輸入2個強的單音訊號，測出DUT輸出端單音訊號的電平和三階互調產物的電平，再利用式（1）和式（2）計算出IP3的大小。

當DUT的線性度較好時，其IP3較高。測試這種IP3有2個特點：一是輸入的單音訊號很強；二是產生的三階互調分量很弱。由於強訊號輸入容易使測試系統其他器件也進入非線性狀態，產生同頻的互調分量或其他雜波；弱互調分量容易被大訊號掩蓋，所以高IP3的測試工作不能簡單按照一般測試方法進行，需做一些改進：

（1）選用高質量的訊號源訊號源本身具有非線性，有一定的動態範圍。當訊號源輸出大功率訊號時，一些器件進入非線性狀態，使得輸出訊號質量大大降低，如含有各種雜波或多次諧波。因此需選用高質量的訊號源，如合成訊號源，他的線性度較高，噪聲比較低。

（2）隔離2個訊號源，減小他們的相互作用如果不隔離2個訊號源，他們的自適應邏輯電路會相互作用產生互調分量［3］，影響DUT弱互調分量的測試。因此最好在每個訊號源與功率合成器之間加一個隔離器。鐵氧體磁性材料隔離器是較理想的選擇，因為他的隔離度高，差損小。也可以選用10～20 dB的固定衰減器來隔離，但他們的隔離度不高，為了補償衰減器的衰減量需要加大訊號源的輸出功率，因此採用固定衰減器不是理想選擇。

（3）選用線性好的功率合成器功率合成器也有一定的非線性，遭遇強訊號時也會產生同頻互調分量，如果他的互調分量較大，就會掩蓋DUT產生的弱互調分量。因此，需採用易匹配且線性度高的功率合成器，如阻性功率合成器。他基本上完全線性，自己不會產生互調分量，並且各個埠具有良好的匹配性。

（4）增強測試系統的匹配性系統的匹配性非常重要，為確保系統的良好匹配，可在功率合成器與DUT之間和頻譜儀與DUT之間分別加一個6～10 dB的固定衰減器［3］。系統統一採用50Ω匹配。

（5）選用動態範圍大的頻譜分析儀頻譜儀的動態範圍是指在能以給定不確定度測量較小訊號的頻譜分析儀輸入端同時存在的最大訊號與最小訊號之比。當測試高IP3時，輸入頻譜儀的單音訊號幅度很大而三階互調分量幅度又很小，如果頻譜儀的動態範圍不夠將無法同時測出這2種訊號的大小，因此需選用大動態範圍的頻譜分析儀。

（6）需判別測試結果的有效性頻譜分析儀的前端結構如圖4所示。頻譜分析儀的IP3通常不高，如安捷倫PSA系列頻譜儀（E444xA）在混頻器輸入電平為－30 dBm時，其IIP3小於＋20 dBm。所以測試高IP3時不能忽略頻譜儀的非線性，輸入DUT的強單音訊號也會在頻譜儀中相互調製產生同頻的互調分量。當該互調分量較大時就需判斷頻譜儀上顯示的互調分量主要是DUT產生的還是頻譜儀自身產生的，即判斷測試結果是否有效。下面總結了3種判斷方法：

①改變頻譜儀射頻輸入衰減器的衰減量（如加大或減小10 dB），觀察互調分量的電平值是否相應減少或增加。如果該電平值改變了，則說明頻譜儀產生的互調分量電平值不能忽略，測試結果無效。這是最簡單的判斷方法。

②在其他條件不變的情況下，比較加上DUT和不加DUT測得的互調分量電平值。如果後者的電平值比前者的小得多則說明所測結果是DUT產生的互調分量；否則，測試結果無效。

③一般的頻譜儀手則上都會給出在混頻器輸入訊號電平為某個值（如－30 dBm）時各個頻段三階互調失真的大小或直接給出各個頻段IIP3的值。因此，可利用式（1）和式（2）計算頻譜分析儀產生的三階互調分量大小。比較計算結果與測試結果，如果計算值比測試結果小得多，則測試結果為有效值。

當測試結果無效時，解決辦法之一是減小2個單音訊號的輸入電平或加大頻譜儀輸入衰減器的衰減量。另一種是用測試結果（dBm轉化為mW）減去利用判斷方法③得出的頻譜儀互調分量大小（mW），從而得到DUT互調分量的大小（mW）。在測試過程中還需注意：

（1）IP3的計算式（1）是在假設輸入DUT的2個干擾訊號電平相等的前提下得到的。如果2個干擾訊號電平不等，計算公式需調整［1］：

（2）一般情況下，當2個單音訊號的幅度均減少1 dB時，三階互調分量的電平值會減少3 dB，IMD3將相應增加2dB。可見，減少單音訊號的輸入幅度可大大減少三階互調分量的幅度。

因此，要減少測試環境中其他配件的非線性對測試結果的影響，最行之有效的方法是儘可能地減小單音訊號的電平值。

（3）測試環境中的連線電纜應儘量不要彎曲（特別是在接頭處），以防止增加訊號反射，產生過多的互調產物，影響測試準確性。為保持測試系統互調特性的穩定，測試環境不要輕易挪動，每個埠的接頭都要擰緊。

3　實驗

根據該測試方法，對CDMA2000基站接收通道射頻輸入部分（從低噪聲放大器輸出端到第一混頻器輸出端）的IP3進行了測試。其測試原理圖如圖5所示。其中，E4432B和E4440A均為Agilent公司的測試儀器。訊號源輸出的單音訊號頻率是根據3GPP2協議要求來確定的：分別偏離中心頻率（454 MHz）＋900 kHz和＋1700 kHz。