混頻器線性度一直是射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。混頻器的非線性會(huì)產(chǎn)生不需要的、不可濾的雜散、互調(diào)和非線性失真。例如，非線性混頻可能導(dǎo)致不希望的雜散，例如2fRF?2fLO 或2fRF?fLO 頻率分量，加劇射頻系統(tǒng)頻譜再生問(wèn)題。

1、IP3和IMD

IP3是分析雙音信號(hào)與其產(chǎn)生的互調(diào)項(xiàng)之間的關(guān)系的線性品質(zhì)因數(shù)。

PInput 是雙音射頻輸入信號(hào)的平均功率。PFund 是頻率

和

的平均功率。PIMD3 是

和

處的交調(diào)產(chǎn)物的平均功率（注意這里，非變頻器件的三階產(chǎn)物應(yīng)該是2f1-f2和2f2-f1；變頻器件雙音互調(diào)后，再與LO變頻得到

和

。

圖1.1 混頻器的輸出理論頻譜

IIP3和OIP3都可以評(píng)估器件的非線性，混頻器中IP3的計(jì)算方式可以看下圖，頻譜中包含不需要的雜散，其中越靠近載波的雜散信號(hào)，越難濾掉。

圖1.2 混頻器的實(shí)測(cè)頻譜

首先需要明確混頻器的IMD產(chǎn)物和雜散產(chǎn)物的區(qū)別。IMD是由多個(gè)接近的輸入頻率產(chǎn)生，

和

，一般認(rèn)為不是由RF/IF和LO的諧波混合產(chǎn)生的。比如

一般被認(rèn)為是IMD產(chǎn)物；而1fLO-3fRF 被認(rèn)為是雜散，是RF的諧波和LO產(chǎn)生的。

圖1.3 DUT是一個(gè)6GRF到下變頻到300MIF

2、實(shí)測(cè)結(jié)果

測(cè)試方法：固定LO為5.701G，測(cè)量RF 6G±0.5M下變頻到299M±0.5M后的頻譜。

圖2.1 混頻器輸入/輸出接口

f1 是6.0005G單音信號(hào)，功率0dBm；f2 是5.9995G單音信號(hào)，功率0dBm。為避免測(cè)量誤差，使用功率計(jì)在下圖中校準(zhǔn)平面校準(zhǔn)基波的功率。（校準(zhǔn)時(shí)，必須單獨(dú)每個(gè)tone輸出接功率計(jì)測(cè)量，否則功率計(jì)是把所有頻率的所有信號(hào)全部計(jì)算在內(nèi)，包括雜散，會(huì)造成功率誤差。）

圖2.2 快速但不理想的混合器IP3測(cè)量。

然后校準(zhǔn)LO端功率，此時(shí)LO輸出功率一定要大，LO功率過(guò)小的話，無(wú)法驅(qū)動(dòng)混頻器正常工作（比如得到不正常的變頻損耗），可能得到不正確的ip3測(cè)量結(jié)果，這里用+15dBm@5.701G的LO重復(fù)多次功率校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)后，按上圖連接。當(dāng)我們計(jì)算IP3值時(shí)，我們通常會(huì)平均兩個(gè)輸入頻率和兩個(gè)IMD雜散的功率?？梢韵扔?jì)算混頻器的OIP3，然后再計(jì)算混頻器的IIP3，因?yàn)檩斎牍β适且阎摹?/p>

= (-8.55+-8.28)/2 + {(-8.55+-8.28)/2-(-54.02+-53.93)/2}/2 = +14.4dBm

圖2.3 實(shí)測(cè)DUT的IF輸出頻譜

對(duì)于這種直接頻譜測(cè)量，結(jié)果看上去沒(méi)什么問(wèn)題。但我們沒(méi)有考慮測(cè)量中的非理想情況，比如測(cè)試原理、測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)的誤差。

3、測(cè)試誤差來(lái)源分析

3.1 誤差來(lái)源1

一個(gè)主要誤差來(lái)源是兩個(gè)RF輸入合成器之間的串?dāng)_。所有信號(hào)發(fā)生器都有鎖相環(huán)(PLL)，可將輸出頻率鎖定到內(nèi)部（或外部）參考頻率。當(dāng)在信號(hào)發(fā)生器的輸出端口出現(xiàn)反向信號(hào)時(shí)，無(wú)論是來(lái)自不匹配負(fù)載的反射功率，還是來(lái)自外部信號(hào)源的串?dāng)_，PLL鑒相器都會(huì)做出響應(yīng)。而信號(hào)發(fā)生器的輸出端口的反向隔離也是有限的，反向信號(hào)的功率會(huì)泄漏到鑒相器中。

圖3.1 可能的反向信號(hào)泄露到鎖相環(huán)的路徑

而這個(gè)反向信號(hào)是怎么來(lái)的？如圖3.2中所示，由于功分器的2個(gè)輸出端口的隔離是有限的，并非理想隔離無(wú)窮大。導(dǎo)致2個(gè)信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)相互串?dāng)_。

Wilkinson功分器兩個(gè)輸出端的隔離遠(yuǎn)大于電阻式功分器，從功分器的一個(gè)輸出端口泄露到另一個(gè)輸出端口的功率會(huì)更低。使用Wilkinson功分器代替電阻式功分器，則串?dāng)_應(yīng)該會(huì)減少。

圖3.2 功分器的隔離有限，導(dǎo)致2個(gè)信號(hào)源之間發(fā)生串?dāng)_

圖3.3 使用Wilkinson功分器進(jìn)行混頻器IP3測(cè)量得到的結(jié)果，有改善。

3.2 誤差來(lái)源2

所有頻譜儀在其IF包絡(luò)檢波器電路之前都有一個(gè)前端混頻器，該混頻器限制了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。為確保頻譜儀的混頻器不會(huì)讓其自身產(chǎn)生諧波成分并干擾測(cè)量，必須衰減進(jìn)入頻譜儀的功率以防止頻譜儀接收機(jī)過(guò)載。目的是抑制頻譜儀的前端混頻器重新混頻高階互調(diào)產(chǎn)物。

DUT的IIP3大概為+22dBm，簡(jiǎn)單計(jì)算，對(duì)于進(jìn)入頻譜儀的輸入功率（兩個(gè)IF音調(diào)為-8dBm），則要求頻譜儀本底噪聲要小于-70dBm。

如果在上面的測(cè)試環(huán)境中，增大頻譜儀前端衰減器，發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果有較大改善，說(shuō)明此時(shí)頻譜儀混頻器發(fā)生了壓縮。

總之，為了使結(jié)果更可信，測(cè)量設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍必須遠(yuǎn)高于用于測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)使用功率范圍。