非线性失真是一个关键指标,用于衡量射频系统性能的优劣。而噪声则限制了系统能够处理的最低信号电平。在非线性器件,如放大器和混频器中,当输入等幅度不同频率的双音信号(f1, f2)时,由于器件的非线性特性,输出信号中会产生2f1 - f2和2f2 - f1的3阶交调分量。此外,随着输入信号增加1dB,基波分量的输出信号也相应增加1dB;而2次谐波和2阶交调分量的输出信号则增加2dB;对于3次谐波和3阶交调分量,其输出信号增加3dB,斜率是基波的3倍。
图1展示了IM3、IIP3、OIP3、G、P1dB等关键指标之间的关系。其中,Pin代表输入功率,而Pout则表示输出功率。IM3,即三阶交调截点,是衡量非线性器件性能的重要指标。同时,IIP3和OIP3分别代表输入和输出的三阶交截点,而G表示增益,P1dB则代表输出功率为1dB压缩时的输入功率。这些指标共同构成了评估射频系统性能的完整体系。
IIP3:
输入三阶交截点
OIP3:
输出三阶交截点
G:
增益
P1dB:
输出功率为1dB压缩时的输入功率
1dB压缩点
IMD(图中A(dBc)):
输出功率与IM3的差异
各指标间的数学关系如下(其中红色标记的公式应用最为广泛):
Pout (dBm) = Pin (dBm) + G (dB) (1)
OIP3 (dBm) = IIP3 (dBm) + G (dB) (2)
OIP3 (dBm) = Pout (dBm) + IMD/2 (dBc) (3)
IIP3 (dBm) = Pin (dBm) + IMD/2 (dBc) (4)
IM3 (dBm) = 3Pin (dBm) – 2IIP3 (dBm) + G (dB)
= 3Pout (dBm) – 2IIP3 (dBm) – 2G (dB)
= 3Pout (dBm) – 2OIP3 (dBm) (5)
值得注意的是,对于射频放大器、中频放大器、混频器等器件,OIP3通常比P1dB高出10~15dB。
在射频系统中,1dB压缩点是一个重要的性能指标。它反映了放大器在接近饱和状态时的线性度。当放大器的输出功率增加到一定水平时,其增益会开始下降,每增加1dB的输出功率,增益就下降1dB,这个点就是1dB压缩点。了解1dB压缩点对于优化射频系统性能至关重要,因为它直接影响系统的线性度和信号质量。
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