混頻器線性度一直是射頻系統(tǒng)設(shè)計面臨的一個關(guān)鍵問題。混頻器的非線性會產(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)頻譜再生問題。

1、IP3和IMD

IP3是分析雙音信號與其產(chǎn)生的互調(diào)項之間的關(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都可以評估器件的非線性，混頻器中IP3的計算方式可以看下圖，頻譜中包含不需要的雜散，其中越靠近載波的雜散信號，越難濾掉。

圖1.2 混頻器的實測頻譜

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是由多個接近的輸入頻率產(chǎn)生，

和

，一般認為不是由RF/IF和LO的諧波混合產(chǎn)生的。比如

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

圖1.3 DUT是一個6GRF到下變頻到300MIF

2、實測結(jié)果

測試方法：固定LO為5.701G，測量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，功率0dBm；f2 是5.9995G單音信號，功率0dBm。為避免測量誤差，使用功率計在下圖中校準(zhǔn)平面校準(zhǔn)基波的功率。（校準(zhǔn)時，必須單獨每個tone輸出接功率計測量，否則功率計是把所有頻率的所有信號全部計算在內(nèi)，包括雜散，會造成功率誤差。）

圖2.2 快速但不理想的混合器IP3測量。

然后校準(zhǔn)LO端功率，此時LO輸出功率一定要大，LO功率過小的話，無法驅(qū)動混頻器正常工作（比如得到不正常的變頻損耗），可能得到不正確的ip3測量結(jié)果，這里用[email protected]的LO重復(fù)多次功率校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)后，按上圖連接。當(dāng)我們計算IP3值時，我們通常會平均兩個輸入頻率和兩個IMD雜散的功率。可以先計算混頻器的OIP3，然后再計算混頻器的IIP3，因為輸入功率是已知的。

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

圖2.3 實測DUT的IF輸出頻譜

對于這種直接頻譜測量，結(jié)果看上去沒什么問題。但我們沒有考慮測量中的非理想情況，比如測試原理、測試系統(tǒng)帶來的誤差。

3、測試誤差來源分析

3.1 誤差來源1

一個主要誤差來源是兩個RF輸入合成器之間的串?dāng)_。所有信號發(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)在信號發(fā)生器的輸出端口出現(xiàn)反向信號時，無論是來自不匹配負載的反射功率，還是來自外部信號源的串?dāng)_，PLL鑒相器都會做出響應(yīng)。而信號發(fā)生器的輸出端口的反向隔離也是有限的，反向信號的功率會泄漏到鑒相器中。

圖3.1 可能的反向信號泄露到鎖相環(huán)的路徑

而這個反向信號是怎么來的？如圖3.2中所示，由于功分器的2個輸出端口的隔離是有限的，并非理想隔離無窮大。導(dǎo)致2個信號源產(chǎn)生的信號會相互串?dāng)_。

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

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

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

3.2 誤差來源2

所有頻譜儀在其IF包絡(luò)檢波器電路之前都有一個前端混頻器，該混頻器限制了系統(tǒng)的動態(tài)范圍。為確保頻譜儀的混頻器不會讓其自身產(chǎn)生諧波成分并干擾測量，必須衰減進入頻譜儀的功率以防止頻譜儀接收機過載。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，簡單計算，對于進入頻譜儀的輸入功率（兩個IF音調(diào)為-8dBm），則要求頻譜儀本底噪聲要小于-70dBm。

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

總之，為了使結(jié)果更可信，測量設(shè)備的動態(tài)范圍必須遠高于用于測量數(shù)據(jù)時使用功率范圍。