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1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

1dB壓縮點與三階交調點

要知道放大器是一個非線性系統,傳輸函數基本用泰勒級數表示

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

如果輸入信号幅度很小,那麼上式中2次及以上的項就可以忽略而成為小信号的情況。在許多情況下我們可以忽略3次以上的項。

如果輸入一個正弦信号
1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

1、可以看到一個單頻率信号輸入到非線性系統裡面就會産生諧波。

2、除了有直流,線性基頻,還有一些基頻多次方的項,不同諧波頻率的項。

如果a1和a3的符号相反,則信号增益将随幅度A的增大而減小。(這種假設并不在所有情況下成立,例如一個共發射極的三極管放大器,其集電極電流與基極電壓之間的指數關系使a1和a3的符号相同。這時我們仍然可以觀察到增益壓縮的情況,這主要是由于半導體受電源電壓的限制工作在非放大區引起的。對于差分電路,包括Bipolar和CMOS,a1和 a3确實具有不同的符号。)

如果用對數(功率)來表示放大器的輸入和輸出信号幅度,可以清楚地看到輸出功率随輸

入功率增大而偏離線性關系的情況。

當輸出功率與理想的線性情況偏離達到1dB時,放大器的增益也下降了1dB,此時的輸入信号功率(或幅度)值稱為1-dB增益壓縮點(1-dB Gain Compression Point)

如果輸入兩個正弦信号

相當于信号加一個幹擾。會産生諧波和互調分量。

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時
1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時
1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時
1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

三階交調點和1dB壓縮點的關系,可以知道,三階交調點相對于1dB壓縮點是固定的,1dB壓縮點相同,三階交調點也相同。而1dB壓縮點,是由器件本身非線性系數決定,也就是器件本身屬性。

從實際資料手冊看看是不是對的

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

HMC504和HMC751,輸出三階交調點接近,分别25.5和25。1dB壓縮點應該小10dB左右,15dBm左右。

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時
1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

1dB壓縮點

這個名額用在放大器上,低噪放和功放都有,通常是OP1dB,輸出1dB壓縮點。

一個放大器,增益一定,輸入多少放大多少倍。但是我一直提高輸入,輸入多大都可以嗎。它都能放大相同的倍數?

1dB壓縮點就是用來衡量,它最多能放大多大的信号,輸入最大多少。

如下面這個圖。一個正常的放大器,輸入與輸出的關系,是下面的曲線。都是用對數表示,dBm。

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

y=ax,a=y/x,y是輸出功率,x是輸入功率,a就是增益,也是斜率。

對數形式:Pout(dBm)=Pin (dBm)+G(dB)

可以看到,随着輸入功率的增大,輸出功率增大得速度變慢,越來越偏離理想的曲線,增益逐漸變低,這就是增益壓縮效應。

斜率變小,說明增益較小,輸出實際減小了,能量肯定跑到其它地方去了。也就是出現非線性效應,信号頻率的功率在減小,出現諧波,也就是噪聲,它們的功率在快速增大。進而對鄰帶或帶内造成幹擾。

實際增益比線性增益跌落1dB的位置,稱之為1dB增益壓縮點,該點對應的輸入、輸出功率一般分别标記為P1dB,in 和P1dB,out,OP1dB 。

是以放大器應該工作在1dB壓縮點以内。放大區工作線上性區,不會參數諧波分量。

測試:

https://www.cnblogs.com/txqtxg/p/15976492.html

三階交調點,IP3

三階交調點,三階截取點(IP3),一般用輸出三階交調點(OIP3):主要是表達放大器失真性能的參數。

三階交調是什麼意思呢?

放大器的輸入存在兩個相近頻率的信号。有下面兩種情況

1、或者存在相近頻率的幹擾

2、放大器工作在非線性區,也就是1dB以上或者附近。也會産生諧波。

兩個相近頻率的信号又會互相影響産生不同頻率的信号。如下圖所示

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

為什麼要用三階交調點呢?

圖中即為三階交調,之是以單獨考慮三階交調,是因為三階交調距離真實信号非常近,難以通過濾波的方式去除,是以對信号的影響最大。而且三階交調分量的功率電平最大。

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

IP3越高表示線性度越好和更少的失真。

三階截點越高,表征系統線性度越好。

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

怎麼測量得到三階交調點?

輸入兩個基頻雙音信号,即使放大器工作線上性放大區,也會産生三階交調現象,隻要做出輸入和輸出關系曲線,找到三階信号和基頻信号的1dB壓縮點即可,再延長斜率曲線,交點即三階交調點。

三階交調信号的增益時基頻信号的增益不一樣,它們必相交。如下圖

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時
1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

當輸入信号足夠小放大器工作線上性區,交調失真不會惡化,保持在一個比較均衡的水準;随着輸入到DUT的功率的增大,放大器逐漸進入壓縮區,交調失真将發生快速惡化。

OIPdBm = GdBm + IIPdBm

參考

https://rf.eefocus.com/article/id-335037

相位差與延遲

同軸電纜中電壓信号相位差與延遲的關系

相位差,顧名思義,就是兩個波之間相位差的值。

1dB壓縮點和三階交調點、相位差與延時

為簡化概念,特指正弦波,假設有兩個電壓信号

u 1 ( t ) = A 1 sin ⁡ ( θ 1 ( t ) ) = A 1 sin ⁡ ( ω 1 t + φ 1 ) u 2 ( t ) = A 2 sin ⁡ ( θ 2 ( t ) ) = A 2 sin ⁡ ( ω 2 t + φ 2 ) \begin{array}{l} \mathrm{u}_{1}(\mathrm{t})=\mathrm{A}_{1} \sin \left(\theta_{1}(\mathrm{t})\right)=\mathrm{A}_{1} \sin \left(\omega_{1} \mathrm{t}+\varphi_{1}\right) \\ \mathrm{u}_{2}(\mathrm{t})=\mathrm{A}_{2} \sin \left(\theta_{2}(\mathrm{t})\right)=\mathrm{A}_{2} \sin \left(\omega_{2} \mathrm{t}+\varphi_{2}\right) \end{array} u1​(t)=A1​sin(θ1​(t))=A1​sin(ω1​t+φ1​)u2​(t)=A2​sin(θ2​(t))=A2​sin(ω2​t+φ2​)​$

如果u1和u2的頻率相同,則兩者的相位差為初始相位之差。

兩條曲線頻率相同,最大值相同。因為相位不同,導緻初始值不同。也就造成某個點時間的幅值不同。

$ \Delta $ $ \varphi $ = $ \varphi _ {1} $ - $ \varphi _ {2} $

$ \frac {\Delta \varphi }{2\pi } $ = $ \frac {\Delta t}{T} $

$ \Delta $ $ \varphi $ = $ \triangle $ t $ \frac {2\pi }{T} $ =2 $ \pi $ f $ \triangle $ t

由上式看到,在恒定延時情況下,相位差Δφ正比于信号頻率f。

參考:

https://www.cnblogs.com/qiantuo1234/p/7460506.html