相信許多業(yè)界同仁都讀過(guò)《實(shí)用射頻測(cè)試與測(cè)量》這本書(shū)，作者朱輝從工程應(yīng)用角度，深入探討各種射頻器件和射頻系統(tǒng)的測(cè)試和測(cè)量問(wèn)題，并列舉一些典型的測(cè)試案例，是一本射頻測(cè)量的經(jīng)典輔導(dǎo)書(shū)。本文是朱輝老師探討無(wú)源互調(diào)的最新文章，同時(shí)朱輝老師的新書(shū)也即將發(fā)布，出版后小編也會(huì)第一時(shí)間推送給大家。

一、概述

時(shí)至今日，至少在蜂窩移動(dòng)通信行業(yè)，對(duì)于無(wú)源互調(diào)對(duì)系統(tǒng)危害的認(rèn)知已經(jīng)十分普遍，從工程角度看，無(wú)源互調(diào)測(cè)量技術(shù)以及低互調(diào)無(wú)源器件的生產(chǎn)制造工藝也已經(jīng)成熟。但是我們也注意到，近年來(lái)在無(wú)源互調(diào)方面的研究具有一定的局限性，大部分有關(guān)無(wú)源互調(diào)的討論都是基于器件角度，而類似以下的這些問(wèn)題，往往被業(yè)界所忽略：

1) 行業(yè)普遍認(rèn)為低無(wú)源互調(diào)指標(biāo)應(yīng)該是-153dBc~-170dBc@2×43dBm，這個(gè)指標(biāo)的來(lái)源是什么?

2)在一個(gè)通信系統(tǒng)中，究竟哪些無(wú)源器件需要低互調(diào)設(shè)計(jì)?一個(gè)無(wú)源器件的互調(diào)對(duì)系統(tǒng)有什么影響?如何量化這個(gè)影響?無(wú)源器件的非線性特性與整機(jī)的雜散輻射指標(biāo)有什么關(guān)聯(lián)性?

3)反射互調(diào)、傳輸互調(diào)、反向互調(diào)和感應(yīng)互調(diào)分別對(duì)應(yīng)哪些應(yīng)用場(chǎng)景?對(duì)本系統(tǒng)、共站共址系統(tǒng)和其他通信系統(tǒng)的影響如何評(píng)估?

4) 傳統(tǒng)的無(wú)源互調(diào)測(cè)試采用傳導(dǎo)測(cè)試模式，開(kāi)場(chǎng)條件下會(huì)不會(huì)產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)?

5) 無(wú)源器件的非線性特性對(duì)于寬帶調(diào)制射頻信號(hào)的鄰道功率有貢獻(xiàn)嗎?

6) MIMO系統(tǒng)中有沒(méi)有互調(diào)問(wèn)題?

在任何通信系統(tǒng)中，無(wú)源器件的非線性特性不應(yīng)被孤立看待，無(wú)源互調(diào)的理論和工程應(yīng)用研究應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題，這就是本文中想要探討的。

二、無(wú)源互調(diào)指標(biāo)的來(lái)源

首先我們結(jié)合圖1來(lái)討論無(wú)源互調(diào)指標(biāo)的定義。圖1a是收發(fā)系統(tǒng)的典型電路，兩個(gè)發(fā)射信號(hào)fTX1和fTX2分別經(jīng)過(guò)功率放大器、環(huán)流器，由合路器合成后進(jìn)入雙工器的TX端，經(jīng)過(guò)雙工器濾波后從天線輻射到空中。從雙工器ANT端口以后一直到天線，整個(gè)路徑上的無(wú)源器件在兩個(gè)合成信號(hào)的作用下會(huì)產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)產(chǎn)物，如果互調(diào)頻率(如三階互調(diào)fIM3)落在接收頻段，就會(huì)對(duì)接收機(jī)產(chǎn)生干擾。

圖1a. 典型的收發(fā)系統(tǒng)

圖1b. 頻譜圖1. 無(wú)源互調(diào)指標(biāo)的來(lái)源 以GSM900為例，下行頻段是925-960MHz，上行頻段是880-915MHz。如果fTX1和fTX2分別為935MHz和959MHz，產(chǎn)生的三階互調(diào)頻率為913MHz，剛好落入接收頻段。

那么我們?cè)撊绾味x互調(diào)頻率fIM的幅度大小?顯然，進(jìn)入接收機(jī)的互調(diào)產(chǎn)物幅度應(yīng)該不足以對(duì)接收機(jī)產(chǎn)生干擾，干擾信號(hào)的幅度應(yīng)該比接收機(jī)靈敏度小，我們就可以將互調(diào)產(chǎn)物的幅度限值定義如下。

絕對(duì)值：PIM(dBm) < S -? @ (PTX1,PTX2) (1)

相對(duì)值：PIM(dBc) < S -? - PTX @ (PTX1,PTX2) (2)

其中，PIM是互調(diào)產(chǎn)物的幅度，與階數(shù)無(wú)關(guān)，只要落入接收頻段，無(wú)論幾階互調(diào)都需要關(guān)注;S是接收機(jī)的靈敏度;?是干擾保護(hù)比，也就是互調(diào)產(chǎn)物應(yīng)該比靈敏度小多少，通常為6~10dB;PTX1,PTX2為兩個(gè)載頻的幅度。

式1為互調(diào)限值的絕對(duì)值表達(dá)法，解釋為在一定幅度的兩個(gè)以上載頻的作用下，互調(diào)產(chǎn)物應(yīng)比接收機(jī)靈敏度小一定的值;式2為互調(diào)限值的相對(duì)值表達(dá)法，解釋為互調(diào)絕對(duì)值與載頻的差值，為了計(jì)算方便起見(jiàn)，通常假設(shè)為PTX1 = PTX2 = PTX。

以蜂窩通信系統(tǒng)為例，PTX1 = PTX2 = PTX =43dBm，S=-107dBm，?取6dB，則要求無(wú)源互調(diào)產(chǎn)物的幅度應(yīng)小于-113dBm絕對(duì)值或-156dBc相對(duì)值，分別表達(dá)為-113dBm@2×43dBm或-156dBc@2×43dBm。這是我們常見(jiàn)的無(wú)源互調(diào)指標(biāo)，或許是由于當(dāng)初IEC在制定無(wú)源互調(diào)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照了GSM900蜂窩基站的情況[1]，同時(shí)很多相關(guān)技術(shù)文章和產(chǎn)品所描述的指標(biāo)都是這個(gè)數(shù)量級(jí)，因此造成了對(duì)無(wú)源互調(diào)理解的以下幾點(diǎn)局限性：

1) 無(wú)源互調(diào)的指標(biāo)在-110 ~ -120dBm，或者-153~ -163dBc;

2) 無(wú)源互調(diào)的定義是基于20W的載頻功率;

3) 只需要關(guān)注三階互調(diào)，高階互調(diào)很小，可以忽略。

我們?cè)?jīng)遇到一個(gè)案例，要測(cè)量一個(gè)雙工器的無(wú)源互調(diào)，其設(shè)計(jì)指標(biāo)要求為-200dBc@2×21dBm，有些人認(rèn)為這個(gè)指標(biāo)不可實(shí)現(xiàn)，是不合理的。而這可能就是前面所描述的對(duì)無(wú)源互調(diào)認(rèn)識(shí)的局限性，因?yàn)樵诖蠹业恼J(rèn)知中，無(wú)源互調(diào)最好也就-170dBc。但如果從以下兩點(diǎn)來(lái)考慮，就可以發(fā)現(xiàn)-200dBc這項(xiàng)指標(biāo)是合理的：

1) 這個(gè)系統(tǒng)的接收靈敏度非常高，目前地面接收機(jī)的靈敏度已經(jīng)可以做到接近-160dBm;

2) 按照載頻功率與互調(diào)相對(duì)值1:2的關(guān)系，如果將功率提高到43dBm，那么這個(gè)互調(diào)指標(biāo)可以等效為-156dBc@2×43dBm，這個(gè)值就符合大家通常的認(rèn)知了，而且實(shí)現(xiàn)并不困難。

從上述案例以及式1(式2)可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)通信系統(tǒng)中無(wú)源互調(diào)與接收機(jī)靈敏度和載頻功率有關(guān)，無(wú)源互調(diào)限值及測(cè)試遵循真實(shí)使用環(huán)境模擬原則：

1) 無(wú)源互調(diào)限值取決于系統(tǒng)接收機(jī)的靈敏度以及發(fā)射機(jī)的功率;

2) 只要落入接收頻段的無(wú)源互調(diào)都應(yīng)被關(guān)注，與互調(diào)階數(shù)無(wú)關(guān)。

在IEC62037-1標(biāo)準(zhǔn)中，也提到了除非有特別要求，對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)一般推薦加載到DUT的測(cè)試端功率為2×20W(43dBm)，而其他系統(tǒng)可能需要不同的測(cè)試功率電平[2]。我們?cè)?jīng)遇到過(guò)一些非移動(dòng)通信的無(wú)源互調(diào)測(cè)試案例，作為上述論點(diǎn)的佐證簡(jiǎn)述如下。

案例：不同載頻功率比對(duì)無(wú)源互調(diào)的變化規(guī)律的影響研究。

在IEC63027標(biāo)準(zhǔn)中，建議采用2×43dBm的功率進(jìn)行無(wú)源互調(diào)測(cè)試，通常要求兩載頻電平的偏差不超過(guò)0.5dB，這種情況適用于蜂窩移動(dòng)通信。在很多通信系統(tǒng)中，載頻信號(hào)的峰均功率比不是恒定值，載頻的幅度可能是隨機(jī)變化的，因此研究不同載頻功率比條件下無(wú)源互調(diào)的變化規(guī)律具有一定的實(shí)用意義。

我們經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)并提出了以下的擬合公式：

PIM dBm = C0 + C1P1dBm + C2P2 dBm (3)

上式中，C0、C1、C2為擬合系數(shù)。我們分別對(duì)帶狀線定向耦合器、同軸連接器和微帶線等三種器件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及計(jì)算，獲得了較為一致的理論和實(shí)測(cè)結(jié)果(圖2)，最終結(jié)果表明，當(dāng)總功率不變時(shí)，最大互調(diào)出現(xiàn)在兩載頻功率為1:2的位置[3]。

圖2. 載頻功率之比對(duì)三階互調(diào)的影響規(guī)律

三、如何分解系統(tǒng)中無(wú)源器件指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響

我們知道，產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)的必要條件是兩個(gè)或者以上的載頻同時(shí)作用在器件射頻路徑的某個(gè)點(diǎn)上。圖3顯示了一個(gè)典型的通信系統(tǒng)的前端，我們結(jié)合這個(gè)電路來(lái)討論各個(gè)無(wú)源器件的指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)接收機(jī)是如何產(chǎn)生影響的，同時(shí)也討論每個(gè)器件的指標(biāo)應(yīng)該如何確定以保證性能和成本的平衡。

圖3. 通信系統(tǒng)中各無(wú)源器件的指標(biāo)對(duì)接收機(jī)干擾的影響

圖3中一個(gè)明顯的合成點(diǎn)是合路器的C端，這個(gè)端口除了兩個(gè)載頻以外，還包含了互調(diào)信號(hào)，比如三階互調(diào)2fTX1-fTX2和2fTX2-fTX1，這兩個(gè)互調(diào)信號(hào)的幅度是多大?我們把視線轉(zhuǎn)向功放的方向看，假設(shè)兩個(gè)載頻fTX1和fTX2被放大后輸出功率P1和P2均為45dBm，合路器的隔離度I不會(huì)是無(wú)窮大，通常是20dB，這樣P2反向進(jìn)入另外一路放大電路的環(huán)流器輸出端，其幅度為P2’=P2-I=45-20=25dBm，這個(gè)環(huán)流器在P1和P2’這兩個(gè)功率的作用下，會(huì)產(chǎn)生反向互調(diào)[4]，由于環(huán)流器采用鐵氧體材料制成，這種材料具有較差的非線性特性。

圖4. 鐵氧體器件的無(wú)源互調(diào)特性 圖4顯示了鐵氧體環(huán)流器的典型反向三階互調(diào)特性，當(dāng)P1=45dBm，P2’=25dBm時(shí)，三階互調(diào)約為-80dBc，即-35dBm，這個(gè)互調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器后進(jìn)入雙工器的TX通路。而合路器的互調(diào)，無(wú)論是采用帶狀線還是微帶線結(jié)構(gòu)，都會(huì)遠(yuǎn)小于鐵氧體材料的互調(diào)，因此進(jìn)入雙工器的互調(diào)也就可以看成是-35dBm。這樣就可以確定如果雙工器的帶外抑制做到90dB以上，就可以將這個(gè)互調(diào)抑制到-125dBm以下。這個(gè)互調(diào)信號(hào)出現(xiàn)在雙工器的ANT端并進(jìn)入接收機(jī)，不會(huì)對(duì)接收機(jī)造成干擾。兩個(gè)載頻信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)天饋系統(tǒng)輻射到空中，在其經(jīng)過(guò)的路徑上，無(wú)論是電纜組件、避雷器和天線，都需要低互調(diào)設(shè)計(jì)，這些器件上產(chǎn)生的反射無(wú)源互調(diào)都會(huì)直接進(jìn)入到接收機(jī)，中間再也沒(méi)有濾波器“保駕”了。

從上述分析我們可以下這樣的結(jié)論，圖3中，合路器并不需要專門(mén)考慮低互調(diào)設(shè)計(jì)，但合路器的隔離度指標(biāo)會(huì)影響環(huán)流器的反向互調(diào)指標(biāo)，間接影響到系統(tǒng)的無(wú)源互調(diào);雙工器需要低互調(diào)設(shè)計(jì);ANT端口的連接器尤為重要，通常我們可以發(fā)現(xiàn)蜂窩基站中雙工器的ANT端口會(huì)采用比如DIN7-16或者43-10這類具有低互調(diào)特性的連接器，TX端口則會(huì)選用成本更低的N型或者SMA連接器;RX端口的連接器不需要考慮低互調(diào)設(shè)計(jì)，采用SMA即可;天饋系統(tǒng)中所有的器件都要采取低互調(diào)設(shè)計(jì)。

上述案例說(shuō)明，在一個(gè)通信系統(tǒng)中，綜合分析各器件的S參數(shù)和無(wú)源互調(diào)特性，并分解各器件的指標(biāo)，將會(huì)十分有利于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這是從系統(tǒng)角度看待無(wú)源互調(diào)的一個(gè)典型案例。

四、反射、正向、反向和感應(yīng)互調(diào)分別對(duì)應(yīng)哪些應(yīng)用場(chǎng)景?

不同的無(wú)源器件位于系統(tǒng)中的不同位置，其產(chǎn)生的無(wú)源互調(diào)對(duì)接收機(jī)產(chǎn)生干擾的路徑也不盡相同，相應(yīng)的測(cè)試方法也會(huì)不同，其基本測(cè)試原則應(yīng)該是測(cè)試面向接收機(jī)方向的無(wú)源互調(diào)。以下我們將對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行討論。

反射互調(diào)

反射互調(diào)的定義是當(dāng)二個(gè)載頻同時(shí)輸入到一個(gè)雙端口(或多端口)器件的某個(gè)端口時(shí)，從該端口反射回輸入方向的互調(diào)產(chǎn)物(圖5a)。反射互調(diào)的測(cè)試方法(圖5b)完全遵循其定義，與圖3所示的真實(shí)使用場(chǎng)景十分相似。反射互調(diào)是最常見(jiàn)的測(cè)試項(xiàng)目，主要應(yīng)用于FDD收發(fā)系統(tǒng)中那些可能對(duì)自身接收機(jī)所產(chǎn)生干擾的無(wú)源器件，典型的如圖3中雙工器ANT端口以后的所有無(wú)源器件，包括射頻電纜、避雷器、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、射頻跳線和天線等。目前在移動(dòng)通信行業(yè)所提到的無(wú)源互調(diào)測(cè)試及指標(biāo)，除非有特別說(shuō)明，絕大部分均默認(rèn)為反射互調(diào)。

圖5a). 定義

圖5b). 測(cè)試方法

圖5. 反射互調(diào)—定義和測(cè)試方法正向互調(diào)

正向互調(diào)也被稱為傳輸互調(diào)，其定義是當(dāng)二個(gè)載頻同時(shí)輸入到一個(gè)雙端口(或多端口)器件時(shí)，在輸出端所產(chǎn)生的互調(diào)(圖6a)。同樣，測(cè)試方法也遵循其定義。

圖6a). 定義

圖6b). 測(cè)試方法圖6. 正向互調(diào)—定義和測(cè)試方法 需要測(cè)試傳輸互調(diào)的是那些輸出互調(diào)會(huì)流向接收機(jī)的無(wú)源器件，比如圖3中的合路器，以及連接合路器和雙工器的電纜組件。當(dāng)然雙工器的主要作用之一就是抑制合成后所產(chǎn)生的互調(diào)，如果進(jìn)入雙工器的互調(diào)小，那么對(duì)雙工器的帶外抑制要求就會(huì)低一些，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者充分了解各級(jí)器件的特性后，可以更加合理地分配各級(jí)的指標(biāo)，使得整機(jī)在體積、性能、可靠性和成本這些因素之間找到平衡點(diǎn)。

另一種很重要的情況是無(wú)源互調(diào)對(duì)其他通信系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，圖3中，天線的反射互調(diào)會(huì)進(jìn)入接收機(jī)，同時(shí)其傳輸互調(diào)則會(huì)輻射到空中對(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響。由于天線是各向同性器件，因此可以認(rèn)為輻射到空中的傳輸互調(diào)產(chǎn)物幅度與反射互調(diào)幅度相近。輻射出去的互調(diào)產(chǎn)物在空中急劇衰減，比如900MHz的信號(hào)在自由空間傳播50米后就會(huì)損耗65.5dB，天線產(chǎn)生的傳輸互調(diào)幅度完全不會(huì)對(duì)其他同類的系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。因此只要天線的反射互調(diào)合格，傳輸互調(diào)也就不需要關(guān)注了，正所謂“保護(hù)了自己也同時(shí)保護(hù)了他人”。

還有一些需要關(guān)注的傳輸互調(diào)對(duì)其他通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的情況，比如多載頻調(diào)頻廣播發(fā)射系統(tǒng)的互調(diào)對(duì)民航VHF通信的影響。調(diào)頻廣播發(fā)射系統(tǒng)具有大功率、多載頻合成、低增益全向天線發(fā)射的特點(diǎn)，同時(shí)發(fā)射臺(tái)位于制高點(diǎn)，遍布全國(guó)各地。這些條件下，發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生的互調(diào)很容易對(duì)飛臨其覆蓋范圍民航VHF通信設(shè)備產(chǎn)生干擾。簡(jiǎn)要分析如下：

a) 載頻及互調(diào)頻率范圍：調(diào)頻廣播的頻率范圍是87.5-108MHz，其產(chǎn)生的互調(diào)剛好落入民航VHF的工作頻率范圍108-137MHz;

b) 發(fā)射功率及互調(diào)電平：調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的功率非常大，市級(jí)臺(tái)可以到3kW，省級(jí)臺(tái)最高達(dá)到10kW;國(guó)標(biāo)中對(duì)單臺(tái)發(fā)射機(jī)的雜散規(guī)定為同時(shí)滿足不大于載頻的-60dBc或者0dBm[5]，但是對(duì)合成系統(tǒng)的互調(diào)和雜散并無(wú)要求，因此用于調(diào)頻廣播發(fā)射系統(tǒng)的合路器、饋線和天線都不會(huì)考慮低互調(diào)設(shè)計(jì);即使參照單臺(tái)發(fā)射機(jī)的國(guó)標(biāo)要求，也需要專門(mén)的測(cè)試手段來(lái)完成天饋系統(tǒng)的互調(diào)測(cè)試。

c) 調(diào)頻廣播的發(fā)射天線垂直半功率角通常為10°至30°之間，可以計(jì)算出當(dāng)半功率角為15°時(shí)，飛行高度在6千米到1萬(wàn)2千米、水平22公里到44公里的范圍內(nèi)，都在調(diào)頻廣播的覆蓋范圍內(nèi)。

d) 根據(jù)上述參數(shù)，假設(shè)天線的傳輸互調(diào)為0dBm，經(jīng)過(guò)44公里的自由空間傳播后，衰減了107dB，到達(dá)飛機(jī)的互調(diào)電平為-107dBm，這個(gè)值正好是機(jī)載VHF電臺(tái)的接收靈敏度，也就是說(shuō)，飛機(jī)在經(jīng)過(guò)在距離廣播發(fā)射臺(tái)44公里半徑、6千米到1萬(wàn)2千米的高度范圍內(nèi)，都可能受到來(lái)自調(diào)頻廣播發(fā)射系統(tǒng)的互調(diào)干擾。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，無(wú)線電頻譜的使用率會(huì)越來(lái)越高，隨之要考慮的各種通信系統(tǒng)間的電磁兼容性問(wèn)題，無(wú)源互調(diào)測(cè)試作為其中一個(gè)細(xì)分且十分重要的領(lǐng)域，也會(huì)被業(yè)界所越來(lái)越重視。

反向互調(diào)

相較于反射和傳輸互調(diào)，反向互調(diào)較少被提及，這種互調(diào)僅僅出現(xiàn)在各向異性器件中，常見(jiàn)的也就是鐵氧體隔離器和環(huán)流器，這種器件通常位于功率放大器的輸出端，除了能保護(hù)放大器不被燒毀，還能抑制放大器的諧波，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生反向互調(diào)。反向互調(diào)的定義是當(dāng)二個(gè)載頻分別從不同的方向同時(shí)輸入到一個(gè)各向異性器件的輸入端(1)和輸出端(2)時(shí)，從輸出端(2)產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物。圖7b所示的測(cè)量方法遵循其定義，由于輸入到端口1的信號(hào)是本系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)，而端口2的信號(hào)則來(lái)自于外部發(fā)射機(jī)的串?dāng)_，因此f1的電平會(huì)大于f2，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，可以將f1的電平設(shè)置為43至45dBm，而將f2的電平設(shè)置為20至30dBm之間，也可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置測(cè)試電平。

圖7a). 定義

圖7b). 測(cè)試方法圖7. 反向互調(diào)—定義和測(cè)試方法 由于鐵氧體器件產(chǎn)生的反向互調(diào)要遠(yuǎn)大于其他無(wú)源器件，評(píng)估這種器件的無(wú)源互調(diào)有助于定義雙工器的帶外抑制。這些已經(jīng)在圖3中進(jìn)行了描述，不再贅述。

感應(yīng)互調(diào)

首先需要特別說(shuō)明的是，“感應(yīng)互調(diào)”的概念在以往的相關(guān)文章中并未出現(xiàn)過(guò)，是我們通過(guò)一些實(shí)測(cè)案例而臨時(shí)命名的。感應(yīng)互調(diào)現(xiàn)象可以描述為：當(dāng)兩個(gè)載頻從空中照射到被測(cè)物時(shí)，由于被測(cè)物存在非線性特性所產(chǎn)生并輻射到空中的互調(diào)產(chǎn)物。注意上述描述只是為了討論這種現(xiàn)象的需要，并不能代表某種“定義”。

圖8a). 問(wèn)題的來(lái)源

圖8b). 現(xiàn)象描述圖8. 從天線的互調(diào)測(cè)試討論“感應(yīng)互調(diào)” 問(wèn)題最初是從天線的互調(diào)測(cè)試開(kāi)始的，我們知道互調(diào)產(chǎn)生的必要條件是兩個(gè)載頻同時(shí)作用到無(wú)源器件上，在圖8a所示的天線反射互調(diào)測(cè)試系統(tǒng)中，兩個(gè)載頻作用到天線輸入端測(cè)試其反射互調(diào)。我們繼續(xù)往前看，這兩個(gè)測(cè)試載頻從天線輻射到空中照射到微波暗室的吸波材料上，吸波材料在受到兩個(gè)載頻的作用也會(huì)產(chǎn)生互調(diào)，圖8b對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。這個(gè)感應(yīng)互調(diào)產(chǎn)物(fIM-B)會(huì)反射回天線并與天線的反射互調(diào)(fIM-A)疊加，最終接收機(jī)測(cè)得的互調(diào)fIM實(shí)際上是fIM-B和fIM-A的疊加，如果感應(yīng)互調(diào)的幅度與天線的反射互調(diào)可以相比擬，那么最終測(cè)得的天線反射互調(diào)就會(huì)產(chǎn)生誤差。

另外一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是當(dāng)天線的周邊有其他物體存在時(shí)，這些物體產(chǎn)生的感應(yīng)互調(diào)會(huì)進(jìn)入天線，干擾自身接收機(jī)。

雙工器的互調(diào)

在FDD通信系統(tǒng)中，雙工器用于分離收發(fā)信號(hào);在無(wú)源互調(diào)測(cè)試中，雙工器又是測(cè)試系統(tǒng)中的核心器件。雙工器的互調(diào)測(cè)試方法與圖5b類似，把被測(cè)件去掉接入低互調(diào)負(fù)載即可，對(duì)于獲得的互調(diào)值可以有以下三種不同的理解：

a) 作為無(wú)源互調(diào)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果。如果雙工器和低互調(diào)負(fù)載的無(wú)源互調(diào)都足夠好，那么校準(zhǔn)值就會(huì)很好，比如-168dBc@2×43dBm，此時(shí)回到圖5b，就可以測(cè)量DUT的反射互調(diào);

b) 可以作為低互調(diào)負(fù)載的反射互調(diào)測(cè)試結(jié)果。如果雙工器的互調(diào)足夠好，那么測(cè)得的結(jié)果就是低互調(diào)負(fù)載的無(wú)源互調(diào)值;

c) 作為雙工器的測(cè)試值。如果低互調(diào)負(fù)載的無(wú)源互調(diào)足夠好，那么這個(gè)測(cè)試結(jié)果就是雙工器的無(wú)源互調(diào)，這也就是雙工器無(wú)源互調(diào)的測(cè)試方法。

由此可見(jiàn)，雙工器在無(wú)源互調(diào)測(cè)試中扮演著重要角色，其自身無(wú)源互調(diào)測(cè)試方法也較為特殊。

經(jīng)過(guò)上述討論，我們大致了解了無(wú)源互調(diào)的不同形式對(duì)各種系統(tǒng)的影響。這些經(jīng)驗(yàn)將會(huì)有助于系統(tǒng)和器件設(shè)計(jì)者如何正確理解無(wú)源器件互調(diào)以及對(duì)在系統(tǒng)中所起的作用，更好地完成一個(gè)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

五、開(kāi)場(chǎng)條件下的無(wú)源互調(diào)

在以上有關(guān)“感應(yīng)互調(diào)”的討論中，已經(jīng)提出了在開(kāi)場(chǎng)條件下產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)的可能性，為了進(jìn)一步證實(shí)這種可能性的存在，我們進(jìn)行了一次實(shí)驗(yàn)(圖9)。實(shí)驗(yàn)方法與天線的互調(diào)測(cè)試相似，將天線換成雙段天線，其中一副用于發(fā)射兩個(gè)載頻信號(hào)f1+f2，而另一副則用于接收來(lái)自微波暗室吸波材料的感應(yīng)互調(diào)fIM并送至接收機(jī)，采用同一副天線是為了保證互調(diào)沿著載頻的路徑原路返回。

用于發(fā)射和接收的兩副天線在物理通路上是互相獨(dú)立的，其空間隔離度大于30dB，因此即使發(fā)射天線存在正向互調(diào)，通過(guò)空間進(jìn)入接收機(jī)也衰減了30dB，不會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。為了進(jìn)一步證明圖9測(cè)得的互調(diào)是由吸波材料產(chǎn)生的而不是天線的反射互調(diào)，理想情況是移去吸波材料形成自由空間，但這種假設(shè)不可實(shí)現(xiàn)。因此我們可以從這個(gè)思路得到啟發(fā)，變換天線與吸波材料的距離D，如果互調(diào)發(fā)生變化，就可以證明是由吸波材料所產(chǎn)生的。

圖9. 開(kāi)場(chǎng)條件下的“感應(yīng)互調(diào)”測(cè)試 在保持其他條件不變的情況下，我們分別在D=4.26米和6.25米兩種情況下進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明互調(diào)相差了11.2dB。這就可以證明感應(yīng)互調(diào)是存在的。

現(xiàn)代通信系統(tǒng)的接收靈敏度越來(lái)越高，針對(duì)這類系統(tǒng)，感應(yīng)互調(diào)的研究具有以下兩個(gè)實(shí)用意義：

a) 了解微波暗室自身的剩余互調(diào)特性，保證天線反射互調(diào)測(cè)試的精度與可信度。有些吸波材料采用了鐵氧體材料，這種材料的互調(diào)特性并不理想，這類暗室不適合用于天線的無(wú)源互調(diào)測(cè)量。

b) 研究不同材料的感應(yīng)互調(diào)特性，可以在整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)如何選用和安置天線周邊材料提供依據(jù)。

六、MIMO系統(tǒng)中有沒(méi)有無(wú)源互調(diào)問(wèn)題

隨著5G的普及，會(huì)不會(huì)帶來(lái)新的無(wú)源互調(diào)問(wèn)題?在Sub-6GHz頻段的5G基站中，采用了MIMO技術(shù)，在這種系統(tǒng)中，相鄰兩個(gè)天線單元之間可能會(huì)由于互相串?dāng)_造成反向互調(diào)(圖10)。

圖10a). 單元結(jié)構(gòu)示意圖

圖10b). 單元結(jié)構(gòu)示意圖圖10. MIMO系統(tǒng)互調(diào)產(chǎn)生機(jī)理 圖10a顯示了MIMO系統(tǒng)的基本單元結(jié)構(gòu)，每個(gè)天線單元的輸出信號(hào)除了正常輻射到空中以外，還會(huì)有一部分串?dāng)_到鄰近的天線單元中。在TDD制式的蜂窩通信系統(tǒng)中，收發(fā)通路依靠環(huán)流器進(jìn)行分離，當(dāng)其中一個(gè)單元的信號(hào)反向串入另一單元時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反向互調(diào)[4]，圖10b解釋了反向互調(diào)的產(chǎn)生過(guò)程，其測(cè)試方法實(shí)際上就是針對(duì)鐵氧體環(huán)流器的反向互調(diào)測(cè)試(圖7b)。

在TDD制式的蜂窩通信系統(tǒng)中，依靠幀同步方式可以從技術(shù)上避免系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，但是不能避免對(duì)其他通信系統(tǒng)的干擾，比如說(shuō)3.4-3.6GHz的5G基站所產(chǎn)生的互調(diào)可能對(duì)3.7-4.2GHz頻段的C波段衛(wèi)星接收機(jī)產(chǎn)生干擾。實(shí)際上目前上述干擾現(xiàn)象已經(jīng)出現(xiàn)，但是從我們所遇到的案例看，都是由于接收機(jī)的選擇性所導(dǎo)致的接收互調(diào)，而不是由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的互調(diào)，但是這種可能性畢竟是存在的。

七、小結(jié)

以上我們討論了本文開(kāi)始所提出的一些關(guān)于無(wú)源互調(diào)的問(wèn)題，我們希望表達(dá)的意思是，從系統(tǒng)角度來(lái)看待無(wú)源互調(diào)會(huì)更加有助于對(duì)這個(gè)細(xì)分測(cè)試項(xiàng)目的理論及對(duì)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的研究。還有很多問(wèn)題期待業(yè)界同行和專家們的重視和討論，比如說(shuō)一個(gè)寬帶信號(hào)是否可以視為無(wú)數(shù)個(gè)單載頻的集合?從這個(gè)角度看，發(fā)射信號(hào)的鄰道功率是否與互調(diào)有關(guān)?相信隨著時(shí)間的推移和研究的深入，會(huì)出現(xiàn)更多的無(wú)源互調(diào)問(wèn)題，本文希望能起到拋磚引玉的作用。

文中有不妥之處，歡迎同行批評(píng)指正。

作者：BXT Technologies 朱輝

審核編輯：湯梓紅