利用选择性改善接收机的截止点

引言

接收机的二阶和三阶截止点(IP)是表示特定射频电路或系统的两个非常重要的线性指标。通过这两个截止点指标能够预测接收机的交调(IM)特性，而交调特性描述了射频装置对相邻信道或邻近信道的抗干扰性。本文分别介绍了二阶和三阶交调情况下传统接收机截止点级联方程的改进形式。二阶截止点(IP2)和三阶截止点(IP3)级联方程的数学推导过程引入了给接收级之间增加选择性(S)带来的影响，以改善IIP2与IIP3。

注意：文中所有大写字母变量表示dB或dBm单位，小写字母变量表示线性单位。

杂散响应干扰

在与移动基站所推荐的最低性能标准有关的无线规范中，接收机的交调特性在技术上被纳入两个主题：接收机的交调杂散响应衰减和接收机对杂散响应干扰采取的保护。

交调杂散响应衰减是在有两个干扰连续波(CW)存在的情况下接收机接收其指定信道输入调制RF信号的能力。这些干扰信号的频率与有用输入信号的频率不同，因此接收机非线性元件会产生两个干扰信号的n阶混频信号，最终在有用信号的频带内产生第三个信号。接收机防止杂散响应干扰的保护功能用于衡量接收机区分响应指定频率输入信号和响应其他频率干扰信号的能力。

三阶交调产生的干扰

作为接收机前端三阶混频的结果，频率为f1和f2的两个信道外的连续波引入一个三阶交调成分，频率等于(2f1 - f2)，它将落入开启信道的信号通带内(图1a)。这一带内三阶交调(IM3)产物降低了输入到接收机解调器的载干比(C/I)。按照斜率为3:1的直线(如图1b)，输入IM3产物的电平(IIM3，单位为dBm)可以用下面的等式计算，其中包括接收机的总输入IP3 (IIP3，单位为dBm)和两个信道外CW信号的输入功率(PI，单位为dBm)¹：

IIM3 = 3 × PI - 2 × IIP3 (dBm)      (式1)

图1. 由两个信道外CW信号产生的IM3产物对带内信号造成干扰(a)；三阶截止点(IP)的定义(b)。

图2为一个传统的两级变频超外差接收机的结构图。在这种接收机的结构中，信道外CW干扰带来的IM3产物来自于低噪声放大器(LNA)、第一级混频器、IF放大器、第二级混频器以及IF限幅放大器。所有的IM3产物在解调器的输入端累加，相当于在接收机的输入端出现了一个等效的带内IM3产物(IIM3)。使IF放大器、第二级混频器和IF限幅放大器的IM3分量达到最小可以减小这个成为带内干扰的IM3产物，而这一目标可以通过在第一级混频器后面的IF滤波器(IF滤波器1)中提高对那些信道外干扰的IF选择性(S)实现。注意，滤波器的选择性(S)代表IF滤波器1在阻带内对信道外干扰的衰减，它相对于滤波器通带插入损耗(IL)。所以，IF滤波器阻带内对信道外CW信号的总抑制(R，单位为dB)可以定义为：R = -(IL + S)。IF滤波器的选择性(S)降低了后续接收电路对三阶失真和动态范围的要求，因此，为降低等效的带内IIM3可以对接收机总的IIP3进行优化，以满足接收机基带载干比(C/I)的要求。

图2. 传统的两级变频超外差接收机

改进的三阶输入截止点(IIP3)级联方程

在图3中，两级变频接收机(图2)被分成3个部分：RF模块、IF滤波器1和IF模块。RF模块，也就是模块1，包括在第一个IF滤波器之前的接收RF部分。IF模块，即模块2，包括在第一个IF滤波器之后的接收机IF部分。模块1具有G1的RF增益和等效三阶输入截止点IIP31。模块2具有G2的IF增益和等效三阶输入截止点IIP32。假设在接收机输入端出现的两个信道外CW信号干扰的功率值都等于PI，也就是输入到模块1的两个信道外CW信号的功率值。P2是两个信道外CW信号变换到中频后并进入模块2的功率值。IIM3是两个信道外CW信号产生的相对于接收机输入的总IM3失真功率。IIM31是模块1产生的相对于本模块输入的总IM3失真功率。IIM32是模块2产生的相对于本模块输入的总IM3失真功率。

图3. 推导改进的IP3级联方程的框图。公式引入了在两个信道外CW信号频率上给接收机各级提高选择性(S)带来的影响。功率单位dBm，增益单位dB。

在下面的推导过程中，模块2的输入IM3失真电压除以前级电压增益后的结果与模块1的输入IM3失真电压进行同相相加，这样作可以得到最坏情况下接收机输入的总IM3失真电压。假设系统特征阻抗为1Ω，我们可以写出下面的等式：
√iim3 = √iim31 + √(iim32/(g1/il)) (伏特)      (式2)

其中，取平方根是为了将IM3从功率值变为电压值。其中变量iim3、iim31和iim32取线性功率单位(瓦特或毫瓦)。并且有G1 (dB) = 10 × log10(g1)和IL (dB) = 10 × log10(il)。

等式1进行整理后可以得到下面的等式：
IIP3 = PI + ½(PI - IIM3) (dBm)      (式3)