互调失真

互调失真，一种以非线性器件或传输介质的输出信号中出现互调产物为特征的非线性失真。

互调失真（Intermodulation distortion, referred to as immune disease）指由放大器引入的输入信号的和与差的失真。

比如频率为1kHz和5kHz的混合信号输入放大器后，会产生6kHz（1kHz和5kHz之和）及4kHz（1kHz和5kHz之间的差异）的互调失真成份。IMD也是一种测量非线性失真的方法。互调失真来自F1和F1 F2之间的两个频率F1和F2-F2（取绝对值）在谐波之间，这些谐波可以继续相互结合形成和、差、乘积。比如14kHz和15kHz的谐波失真包括1kHz和29kHz，1kHz可以和14kHz组合形成13kHz，等等。测量这些位置的谐波幅度就是互调失真。测试时发出19kHz和20kHz两个频率的声音，所以图上19k和20k会有波峰，我们可以观察一下19k左边的图中是否有太多的谐波。这个值越小，玩家越优秀。

顾名思义，互调失真（intermodulation distortion）指信号相互调制引起的失真调制modulation一词最初是指通信技术中用来提高信号传输效率的一种技术。由于含有声音、图像文本等的原始信号“加进”在高频信号中，然后同志们会把这个复合信号发出去。这种将高低频相“加”调制的过程和方式称为调制技术，合成的信号称为调制信号。除了高频信号的主要特征之外，调制信号包含低频信号的所有信息。互调失真的过程实际上是一个调制过程因为电子电路或放大器不可能达到完美的线性度，当不同频率的信号同时进入放大器并被放大时，在非线性作用下，每一个不同频率的信号会自动加减，产生两个原始信号中没有的附加信号如果原始信号有三个不同的频率，就会有六个附加信号，当原始信号为n时，输出信号为n（N-1）个。可以想象，当输入信号是复杂的多频信号时，比如管弦乐，互调失真产生的额外信号数量是惊人的！

因为所有的互调失真信号都是音乐频率的和差信号，和自然声音一模一样，人耳对此很敏感不幸的是，在许多放大器中，交调失真往往大于谐波失真，部分原因是谐波失真通常更容易处理。

虽然互调失真和谐波失真也是由放大器的非线性引起的，但两者从数学角度看都是在正导频信号中加入了一些额外的频率成分，但实际上是不同的简而言之，谐波失真就是原始信号波形的失真，即使单频信号通过放大电路也会出现这种现象，而互调失真就是不同频率之间的相互干扰和影响测量互调失真远比测量谐波失真复杂，至今没有统一。

通信系统中无源互调失真的测量

在现代通信系统中，当多个频率的载波信号通过一些无源器件时，会产生互调失真。无源器件如天线、电缆、过滤器等，由于机械连接不可靠使用具有迟滞特性的材料接触面不干净等原因，不同频率的信号在非材料连接处非线性混合，产生不同幅度的互调产物，这些互调失真信号在通信频段表现为干扰信号，降低了系统的信噪比，严重影响了通信系统的容量和质量。事实上，在我们通常的设计和测量中，我们通常更关注有源互调，例如放大器、混频器等产生的互调失真并且由于互调失真和载波之间的相对幅度差很小，所以容易实现有源互调的测量。随着通信系统的发展和系统质量的提高，无源互调的测量和分析将越来越受到重视。

测量的建立

测量功率合成器的互调失真时，可以使用下图所示的传统测量方法：

Anritsu公司输出的大功率连续波信号s 68347信号源分别输入到功率合成器的两个端口。在测量所需的带宽内适当设置每个载波的频率，功率合成器有两个功能：即被测设备，并将两个信号合成为一个信号。功率合成器产生的互调信号传输到双工器端口，接收带宽内的互调信号由频谱分析仪测量。

现代无源互调分析仪可以输出预组合双频信号。互调仪器有两个射频端口第一端口可以输出两路大功率双频信号，经过被测设备进入分析仪的第二端口来自第一端口的反射信号也进入分析器的接收器。分析仪可以工作在透射模式和反射模式，分别测量被测部件的透射互调失真和反射互调失真。

实际上，对于被测零件来说，不同因素引起的互调失真都是矢量信号，它们的相对相位关系将决定被测零件在特定状态下的互调失真总幅度。在透射测量中，不同的互调产物到达端口2时是同相的，而在反射测量中，到达端口1的互调失真是端口1的总响应和互调源在端口2的相移响应。因此，反射互调失真是频率和被测部分电气长度的函数。

功率合成器的互调响应由互调仪器测量。

互调仪的端口连接到功率合成器的被测输入端口，可以测量功率合成器的A1、A2和B端口的互调失真。互调仪的发射模式测量B口的正向互调失真，反射模式测量A1口的互调失真。如图所示，如果将端口A1作为驱动端口，则端口A2应连接一个低互调失真负载，以理想地测试功率合成器的互调失真。通过适配器端口A1、A2，可以测量功率合成器各输入端口的互调。

比较以上两种方法：功率合成器结和端口B承载两个CW功率，测得的交调失真是这两个因素的总交调失真。如果每个端口的入射信号是未调制的，这种方法可以精确地测量功率合成器的真实互调性能，但受到频谱分析仪固有互调失真的限制。如果功率合成器在输出端、输入端口都是调制信号，所以提供的测量结果更实际。

下面主要讨论使用无源互调分析仪测量时提高测量精度的方法：

一）直接连接法可以用来测量二端口器件的正向无源互调失真：被测部件的输入端口连接到分析仪的第一端口，输出端口连接到分析仪的第二端口。这种方法的测量误差随着频率和连接第二端口和被测部分的电缆的长度而变化。而且由于互调仪的端口1和端口2只在测量的发射和接收带宽内实现阻抗匹配，因此在分析仪输出的载波信号的谐波频率范围内会产生较大的驻波，这样即使被测部分在大功率载波的基波和谐波频率范围内具有良好的阻抗匹配特性，这种测量方法的建立仍然会产生不同的互调电平。

首先，使用的定向耦合器必须具有低的固有互调特性，其耦合度在10 ~ 30db之间如果耦合值太大，待测互调信号会淹没在分析仪端口2的噪声层中，如果耦合度太小，测量误差会增大。定向耦合器的连接方式使得双频载波和产生的互调都可以传输到耦合端口，耦合器的传输臂连接到低互调失真终端负载。耦合器的反向耦合端口匹配标准的50欧姆终端负载。测量前，先直接连接定向耦合器（好的，电缆和适配器）转到分析仪的两个端口，检查残余互调。这种测量提供了宽带阻抗匹配，有效降低了载波谐波频率范围内的驻波，在稳定的测试条件下获得了更有意义的测量结果。

二）具有高互调电平的无源互调失真测量：通常，无源互调失真分析器系统具有线性工作区域，例如-75~-125dBm，如果接收机的互调电平大于-75dBm，接收机的测量误差会增加。为了测量正向互调电平，可以采用图3所示的测试方法。定向耦合器的这种连接方式使双载波聚合和产生的互调信号流向耦合端口，耦合器发射臂的端口可以连接低互调失真负载。

同样的方法可以应用于反向互调的测量：

定向耦合器的前向和后向耦合端口接标准的50欧姆负载，发射臂接被测部分，被测部分的输出端接低互调失真负载，使得传输到端口1的互调信号最终在端口2测得。