三階互調(diào)是指當兩個信號在一個線性系統(tǒng)中,由于非線性因素存在使一個信號的二次諧波與另一個信號的基波產(chǎn)生差拍(混頻)后所產(chǎn)生的寄生信號。比如F1的二次諧波是2F1,他與F2產(chǎn)生了寄生信號2F1-F2。由于一個信號是二次諧波(二階信號),另一個信號是基波信號(一階信號),他們倆合成為三階信號,其中2F1-F2被稱為三階互調(diào)信號,它是在調(diào)制過程中產(chǎn)生的。又因為是這兩個信號的相互調(diào)制而產(chǎn)生差拍信號,所以這個新產(chǎn)生的信號稱為三階互調(diào)失真信號。產(chǎn)生這個信號的過程稱為三階互調(diào)失真。由于F2,F(xiàn)1信號比較接近,也造成2F1-F2,2F2-F1會干擾到原來的基帶信號F1,F(xiàn)2。這就是三階互調(diào)干擾。既然會出現(xiàn)三階,當然也有更互調(diào)干擾
高階的互調(diào),這些信號不也干擾原來的基帶信號么?其實因為產(chǎn)生的互調(diào)階數(shù)越高信號強度就越弱,所以三階互調(diào)是主要的干擾,考慮的比較多。不管是有源還是無源器件,如放大器、混頻器和濾波器等都會產(chǎn)生三次互調(diào)產(chǎn)物。這些互調(diào)產(chǎn)物會降低許多通信系統(tǒng)的性能。 所表明的是確切含義是,一個線性系統(tǒng)所包含的非線性系數(shù)的大小。這個指標對于大動態(tài)放大器是一個非常重要的技術(shù)指標。測試這項指標使用的測試儀器主要是頻譜分析儀。對于不同指標要求的三階互調(diào)失真,需使用不同性能的頻譜分析儀,對三階互調(diào)失真要求越高,對頻譜分析儀的要求就越高。在60-70dB的三階互調(diào)失真,用Agilent的8591就可以分析。
為了提高頻道利用率,移動通信系統(tǒng)通常采用多頻道共用的組網(wǎng)方式,由M個移動臺共用N個頻道(M>>N),移動臺通過基地臺選擇的某個空閑頻道進行通信,當一個移動通信系統(tǒng)岸N個等間隔配置工作頻道時,整個系統(tǒng)的互調(diào)干擾大致可分為:由移動臺接收機形成的互調(diào)干擾;由基地臺接收機形成的互調(diào)干擾;由基地臺發(fā)射機互耦形成的互調(diào)干擾;由移動臺發(fā)射機互耦形成的互調(diào)干擾;由移動臺、基地臺發(fā)射機互耦、在移動臺發(fā)射機形成的互調(diào)產(chǎn)物對移動臺接收的干擾;由基地臺、移動臺發(fā)射機互耦、在基地臺發(fā)射機形成的互調(diào)產(chǎn)物對基地臺接收的干擾。下面就上述六類互調(diào)干擾做簡要的定量分析。 (1)由移動臺接收機形成的互調(diào)干擾
當基地臺幾個頻道同時發(fā)信時,由移動臺收信部分前端電路的非線性所產(chǎn)生的互調(diào)干擾屬于同頻干擾。
(2)由基地臺接收機形成的互調(diào)干擾
當兩個或兩個以上移動臺在臨近基地臺的區(qū)域內(nèi)同時發(fā)信時,同樣會使基地臺接收機形成互調(diào)干擾。這類干擾的EI和EC無關(guān),而式(2)中的D(N,P)項可以不考慮。當EI=EIMAX、EC=ECMIN時,例如有M1、M2、M3和M4四個移動臺同時工作,其中M1、M2、M3在基地臺附近,而M4在服務(wù)區(qū)邊緣(ECMIN≈ES,ES為接收機的靈敏度指標),
(3)由基地臺發(fā)射機互耦形成的互調(diào)干擾
此類干擾對于本系統(tǒng)移動臺屬于同頻干擾。如果系統(tǒng)的所有頻道都在工作,只要互調(diào)產(chǎn)物比信號低15dB以上,干擾產(chǎn)物對移動臺接收機輸出信擾比影響就不大。但若有某個頻道不工作,例如對N=4的系統(tǒng),fBT1、fBT2、fBT3工作,fBT4不工作,三階互調(diào)Ⅱ型產(chǎn)物:fBT2+fBT3-fBT1=fBT4=fMR4,有可能造成移動臺接收機錯停頻道及呼損。對于相鄰系統(tǒng)來說,此類干擾屬于雜散輻射,必須比在波功率低60dB以上(或小于25uw)。 (4)由移動臺發(fā)射機互耦形成的互調(diào)干擾
設(shè)基地臺附近有兩個移動臺、在系統(tǒng)服務(wù)區(qū)邊緣有一個移動臺同時工作(如圖2所示)。由基地臺附近的兩個移動臺發(fā)射機互耦形成的互調(diào)產(chǎn)物有可能影響基地臺對來自服務(wù)區(qū)邊緣的那個移動臺信號的正常接收。此類干擾時一種瞬間隨機干擾,當移動臺較少時,影響不大。
(5)移動臺、基地臺發(fā)射機互耦,在移動臺發(fā)射機形成的互調(diào)產(chǎn)物對移動臺接收的干擾
(6)由基地臺、移動臺發(fā)射機互耦、在基地臺發(fā)射機形成的互調(diào)產(chǎn)物對基地臺接收的干擾
總之,較嚴重的干擾是(1)、(2)、(4)類干擾,在進行工程設(shè)計時必須認真進行定量分析。
人們對互調(diào)干擾有錯誤的認識,認為干擾是對別的尋呼臺干擾,其實不然,互調(diào)干擾大概有以下幾種危害。
1、對發(fā)射機的危害
當發(fā)信機調(diào)試好后,它的工作頻率fO是處在輸出電路的最佳諧振點上。這時電路的電流應(yīng)是最小。反之,電路工作失諧,元件發(fā)熱嚴重,大大增加發(fā)信機的故障率,減少其壽命。
2、降低有效功率
發(fā)射機的功率測量采用直通式功率計,有一定的帶寬(有的帶寬達1千MHz)。由于功率是頻譜能量的積分,所以,直通式功率計測出來的功率是有效主頻功率和無用的互調(diào)產(chǎn)物功率總和。如功率計顯示100W,有可能實際主頻fO的功率僅有80W。其余20W是互調(diào)產(chǎn)物的功率以及雜波分量之功率(見圖2)。 3、畸變主頻fO的頻譜
主頻頻譜畸變后(見圖3),使Bp機收到射頻的信號,經(jīng)解調(diào),數(shù)據(jù)相位將發(fā)生嚴重的抖動,使BP機產(chǎn)生誤碼。(標準的抖動應(yīng)小于1/4t)。結(jié)果是大大減少了系統(tǒng)覆蓋的范圍。
4、干擾空間電波秩序
互調(diào)產(chǎn)物也是由發(fā)射機發(fā)出的射頻能量信號,該信號與另一臺發(fā)射機再次互調(diào),還會產(chǎn)生另一個互調(diào)產(chǎn)物。所以,在發(fā)射機多的基站上空,有許許多多無序頻譜能量,有的人稱之為背景噪聲。這些信號,與其它差轉(zhuǎn)接收機頻率或?qū)ず鬊p機頻率相同的概率非常之大。因而,治理由互調(diào)干擾引起空間電波秩序紊亂是刻不容緩的。
合理地分配頻率資源,發(fā)射機與發(fā)射機之間拉開距離,是解決互調(diào)干擾最有力的方法。但是,由于頻率資源緊張,可安放基站的有利制高點也有限,從而使許多發(fā)射機擁擠在一塊,勢必產(chǎn)生空間污染。為此,國家無委[1998]101號文件規(guī)定了尋呼發(fā)射機應(yīng)加裝單向器或單向器與濾波器的組合器件,以及一系列相關(guān)的技術(shù)標準。下面對幾種抗干擾器件作簡單介紹。
1、單向器
單向器又稱單向濾波器、單向隔離器。它是從微波器件—環(huán)行器原理上發(fā)展起來的,專門為無線尋呼發(fā)射機設(shè)計,具有吸收從外界通過天饋系統(tǒng)進入發(fā)射機的干擾信號之能量,以及有保護發(fā)射機,減少故障率等功能。 單向濾波器由精密燒結(jié)和研磨的旋磁、恒磁為主,配以微帶電感、電容、電阻、腔體等組成耦合、諧振、濾波電路。在旋轉(zhuǎn)磁場作用下,電磁波信號具有單向傳遞的特性。信號旋轉(zhuǎn)120度幾乎無損傷地從輸出端出去;外界的信號,從輸出端進入,同方向旋轉(zhuǎn)120度進入吸收端變?yōu)闊崮苌l(fā)掉(見圖4)。
單向濾波器的電氣特性:要求正向插損非常小,小于0.3∽0.5bB;而反向特性要求吸收能量越大,頻率帶寬越寬越佳,要求在20MHz帶寬內(nèi),能降低能量25dB以上。所以說,單向濾波器是有吸收在發(fā)射機主頻率左右由外界倒灌進入的干擾信號,以至抑制互調(diào)產(chǎn)物的功能。
單向器的技術(shù)指標主要有三項:
(1)正向插入損耗
發(fā)射機加上單向器后,將損失功率0.3∽0.5dB(對于100W發(fā)射功率來說約7∽10W)。
(2)反向隔離度和反向隔離帶寬
這項指標是指吸收外界干擾信號的能力,國家無委的Ⅱ類標準為中心頻率fo±10MHz帶寬之內(nèi)應(yīng)優(yōu)于25dB,fo±5MHz帶寬之內(nèi)優(yōu)于30dB。
Ⅲ類單向器采用雙結(jié)方式(即兩個單向器復(fù)合而成),其該項指標可以做到fo±10MHz帶寬之內(nèi)優(yōu)于40dB,而fo±5MHz帶寬之內(nèi)優(yōu)于50dB。由于插損比較大(兩個單向器之插損),用戶不愿接受。
(3)駐波比
駐波比是評價單向器接口是否匹配地一個重要指標。小于1:2:1,做得好的小于1:1:1。即在100W發(fā)射功率時,反射功率不大于0.8W。
2、帶通濾波器
在抑制雜波和抵抗外界干擾的作用中,帶通濾波器與單向器的作用互補。單向器是帶內(nèi)單向濾波,而濾波器是帶外的雙向濾波(特性曲線見圖5a和圖5b)。 常用的濾波器分為多腔鏍旋濾波器和單腔同軸濾波器(俗稱炮筒)。前者體積小,熱穩(wěn)定性好,缺點是3dB帶寬較寬,后者恰好相反。
在抑制互調(diào)干擾的作用上,由于濾波器有一衰減很小的通帶,所以,當兩個產(chǎn)生互調(diào)干擾的發(fā)射機頻率相鄰很近時,是不能消出互調(diào)干擾和互調(diào)產(chǎn)物的。
評價濾波器性能的技術(shù)指標也有三項:
(1)插入損耗要求0.3∽0.4dB。
(2)25dB帶寬指的是阻帶特性在衰減25dB時帶寬越窄越好。
(3)駐波比應(yīng)小于1:2:1。
3、隔離濾波器(即單向器+濾波器)
隔離濾波器是由單向器和腔體濾波器的組合而成,它集中了兩者的優(yōu)點,使其隔離帶寬非常寬,隔離度非常深,對雜波和互調(diào)干擾的抑制有很好的功效。隔離濾波器的正向特性曲線相近于濾波器的特性曲線,而反向特性曲線如圖6。 (1)正向插入損耗
國家無委標準為小于1dB,實際上做得好的可小于0.7dB。(在100W發(fā)射功率下約15W)。
(2)反向隔離度
帶寬大于200MHz,而衰減最差處(中心頻率左右)的衰減也就大于30dB。好的可達40dB以上。
(3)駐波比應(yīng)小于1:2:1
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