兩種或多種不同頻率的信號(hào)通過(guò)放大器或揚(yáng)聲器后產(chǎn)生新的頻率分量，這種失真通常都是由電路中的有源器件(如晶體管、電子管)產(chǎn)生的。失真的大小與輸出功率有關(guān)，由于新產(chǎn)生的這些頻率分量與原信號(hào)沒(méi)有相似性，因此較少的互調(diào)失真也很容易被人耳覺(jué)察到?；フ{(diào)失真(intermodulation distortion)系指由放大器所引入的一種輸入信號(hào)的和及差的失真。

例如，在給放大器輸入混合信號(hào)后，便會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真成分。 互調(diào)失真是指由于訊號(hào)互相調(diào)制所引起的失真，調(diào)制一詞本來(lái)是指一種在通訊技術(shù)中，用以提高訊號(hào)傳送效率的技術(shù)。由于含有聲音、圖像，文字等的原始訊號(hào)“加進(jìn)”高頻訊號(hào)里面，然后同時(shí)將這個(gè)合成訊號(hào)發(fā)送出去。這種將高低頻相“加”的過(guò)程和方式稱為調(diào)制技術(shù)，所合成的訊號(hào)稱為調(diào)制訊號(hào)。調(diào)制訊號(hào)除保留高頻訊號(hào)的主要特征外，還包含有低頻訊號(hào)的所有信息。

產(chǎn)生互調(diào)失真的過(guò)程實(shí)質(zhì)上也是一種調(diào)制過(guò)程，由于一個(gè)電子線路或一臺(tái)放大器不可能做到完全理想的線性度，當(dāng)不同頻率的訊號(hào)同時(shí)進(jìn)入放大器被放大時(shí)，在非線性作用下，每個(gè)不同頻率的訊號(hào)就會(huì)自動(dòng)相加和相減，產(chǎn)生出兩個(gè)在原訊號(hào)中沒(méi)有的額外訊號(hào)，原訊號(hào)如有三個(gè)不同頻率，額外訊號(hào)便會(huì)有6個(gè)，當(dāng)原訊號(hào)為N個(gè)時(shí)，輸出訊號(hào)便會(huì)有N(N-1)個(gè)。可以想像的是，當(dāng)輸入訊號(hào)是復(fù)雜的多頻率訊號(hào)，例如管弦樂(lè)時(shí)，由互調(diào)失真所產(chǎn)生的額外訊號(hào)數(shù)量是多么的驚人!

?合成諧波和互調(diào)失真?是電子系統(tǒng)中常見(jiàn)的兩種非線性失真現(xiàn)象，它們分別由不同的機(jī)制引起，并對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生不同的影響。

合成諧波失真

?諧波失真?是指當(dāng)信號(hào)通過(guò)非線性系統(tǒng)時(shí)，輸出信號(hào)中除了基波分量外，還包含基波頻率整數(shù)倍的高次諧波分量。這些諧波分量會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，影響信號(hào)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。諧波失真通常由非線性元件(如晶體管、變壓器等)引起。測(cè)量諧波失真時(shí)，常用的指標(biāo)是?總諧波失真(THD)?，它表示所有諧波分量的均方根值與基波分量均方根值的比值，通常以百分比表示?12。

互調(diào)失真

?互調(diào)失真?是指當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)同時(shí)輸入非線性系統(tǒng)時(shí)，由于信號(hào)之間的相互作用而產(chǎn)生的新的頻率分量。這些新的頻率分量通常位于輸入信號(hào)頻率的和與差值處，導(dǎo)致信號(hào)失真。互調(diào)失真在通信系統(tǒng)中尤為常見(jiàn)，特別是在使用高功率放大器時(shí)，由于多個(gè)信號(hào)同時(shí)傳輸，互調(diào)失真會(huì)嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。測(cè)量互調(diào)失真時(shí)，常用的方法是通過(guò)改變一個(gè)信號(hào)的頻率，觀察另一個(gè)信號(hào)頻率處的失真情況?13。

產(chǎn)生原因和應(yīng)用場(chǎng)景

?諧波失真?主要由非線性元件引起，如晶體管、變壓器等。在音頻放大器、功率放大器等應(yīng)用中，諧波失真會(huì)導(dǎo)致音質(zhì)下降，影響聽(tīng)覺(jué)效果。

?互調(diào)失真?則發(fā)生在多個(gè)信號(hào)同時(shí)傳輸?shù)那闆r下，特別是在通信系統(tǒng)中。高功率放大器、多載波調(diào)制系統(tǒng)(如OFDM)等場(chǎng)景中，互調(diào)失真會(huì)導(dǎo)致信號(hào)干擾和性能下降。

測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)

?諧波失真?的測(cè)量通常使用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生純音信號(hào)，通過(guò)分析輸出信號(hào)中的諧波分量來(lái)計(jì)算THD。

?互調(diào)失真?的測(cè)量則需要使用兩個(gè)不同頻率的純音信號(hào)，通過(guò)改變其中一個(gè)信號(hào)的頻率，觀察另一個(gè)信號(hào)頻率處的失真情況。常用的標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 12060.5-2011和IEC 60268-5:2007，規(guī)定了測(cè)試的具體條件和參數(shù)設(shè)置?12。

互調(diào)失真，即在電子設(shè)備、無(wú)線通信系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)等領(lǐng)域中，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上不同頻率的信號(hào)通過(guò)非線性系統(tǒng)時(shí)，產(chǎn)生的新的頻率分量(稱為互調(diào)產(chǎn)物)對(duì)原信號(hào)造成干擾的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致原始信號(hào)的頻譜擴(kuò)展、雜散譜增加以及附加的非線性失真。

互調(diào)失真的產(chǎn)生原因主要有以下幾點(diǎn)：

1. 非線性元件：任何非線性元件都可能導(dǎo)致互調(diào)失真，例如晶體管、電子管等。

2. 有源電子系統(tǒng)：在有源電子系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)或來(lái)自外部源的兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)合并并創(chuàng)建其頻率倍數(shù)和乘積，從而產(chǎn)生互調(diào)失真。

3. 接觸不良：連接器、電纜和信號(hào)的接觸不良會(huì)引起互調(diào)。

4. 材料非線性特性：由于射頻波的特性，任何非線性無(wú)源組件都可能導(dǎo)致失真，如鐵磁性材料的非線性特性。

為了避免互調(diào)失真，可以采取以下措施：

1. 設(shè)計(jì)優(yōu)化：在電子設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，可以采取一系列的優(yōu)化措施來(lái)減少互調(diào)失真。例如，選擇低失真的元器件和組件，合理布局電路板，優(yōu)化信號(hào)路徑等。

2. 使用線性化技術(shù)：線性化技術(shù)包括預(yù)失真技術(shù)、反饋控制技術(shù)和數(shù)字預(yù)補(bǔ)償技術(shù)等。這些技術(shù)可以通過(guò)在系統(tǒng)中引入特定的補(bǔ)償信號(hào)或反饋回路來(lái)抵消非線性效應(yīng)，從而減少互調(diào)失真的產(chǎn)生。

3. 適當(dāng)?shù)臑V波和隔離：通過(guò)使用合適的濾波器和隔離器，可以抑制互調(diào)產(chǎn)品并限制其在輸出信號(hào)中的傳播，有效降低互調(diào)失真對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

4. 信號(hào)功率控制：控制輸入信號(hào)的功率可以幫助減少互調(diào)失真的產(chǎn)生。過(guò)高或過(guò)低的信號(hào)功率都可能導(dǎo)致非線性效應(yīng)增加，從而增加互調(diào)失真。

信號(hào)發(fā)生器作為電子測(cè)試的核心工具，其輸出信號(hào)的純度直接影響通信、雷達(dá)、音頻等系統(tǒng)的性能評(píng)估?；フ{(diào)失真(Intermodulation Distortion, IMD)作為衡量信號(hào)發(fā)生器非線性特性的關(guān)鍵指標(biāo)，反映了多頻信號(hào)通過(guò)非線性元件時(shí)產(chǎn)生的額外頻率分量，可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻譜污染和性能下降。本文將深入探討互調(diào)失真的成因、測(cè)量方法及其工程應(yīng)用，為高精度信號(hào)測(cè)試提供技術(shù)參考。

1. 互調(diào)失真的定義與成因

互調(diào)失真(IMD) 指當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)頻率信號(hào)通過(guò)非線性系統(tǒng)時(shí)，由于系統(tǒng)元件(如放大器、混頻器)的非線性響應(yīng)，產(chǎn)生原始頻率的諧波組合頻率(如f1±f2、2f1-f2等)，這些新頻率分量稱為互調(diào)產(chǎn)物。其主要成因包括：

非線性元件特性：放大器飽和、晶體管非線性傳輸函數(shù)等。

電源波動(dòng)：供電不穩(wěn)定導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍受限。

寄生參數(shù)：電路寄生電容、電感引起的頻率響應(yīng)畸變。

2. 測(cè)量方法與技術(shù)

2.1 雙音測(cè)試法(Two-Tone Test)

雙音測(cè)試是測(cè)量互調(diào)失真的經(jīng)典方法，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

1. 信號(hào)配置：使用信號(hào)發(fā)生器輸出兩個(gè)等幅、不同頻率的純凈正弦波(如f1和f2)。

2. 非線性處理：信號(hào)通過(guò)待測(cè)設(shè)備(DUT)后，產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物(如2f1-f2、2f2-f1等)。

3. 頻譜分析：利用頻譜儀觀測(cè)輸出信號(hào)頻譜，識(shí)別并記錄互調(diào)產(chǎn)物的幅度。

4. 計(jì)算IMD：通過(guò)公式(例如IMD3 = 20log(2f1-f2幅度/基波幅度))計(jì)算互調(diào)失真度。

2.2 頻譜分析法

現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器(如泰克AWG系列)結(jié)合頻譜儀，可直接測(cè)量IMD：

信號(hào)生成：發(fā)生器輸出雙音信號(hào)或掃頻信號(hào)。

頻譜捕獲：頻譜儀實(shí)時(shí)顯示信號(hào)頻譜，自動(dòng)標(biāo)記互調(diào)產(chǎn)物。

自動(dòng)化分析：內(nèi)置算法計(jì)算IMD指標(biāo)，如IMD3、IMD5等。

3. 測(cè)量關(guān)鍵要素

動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)化：選擇低噪聲信號(hào)源和高分辨率頻譜儀，避免測(cè)量系統(tǒng)引入額外失真。

校準(zhǔn)與補(bǔ)償：定期校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器和頻譜儀的幅度、頻率響應(yīng)，消除系統(tǒng)誤差。

雙音頻率選擇：合理設(shè)置f1和f2的間隔(通?！?MHz)，避免互調(diào)產(chǎn)物與基波頻率重疊。

4. 工程應(yīng)用與案例

1. 通信系統(tǒng)驗(yàn)證：在射頻收發(fā)機(jī)測(cè)試中，通過(guò)IMD測(cè)量評(píng)估接收機(jī)抗干擾能力。

2. 功率放大器設(shè)計(jì)：優(yōu)化放大器偏置電流、匹配網(wǎng)絡(luò)，降低IMD3指標(biāo)。

3. 音頻設(shè)備測(cè)試：高保真系統(tǒng)中，測(cè)量揚(yáng)聲器或功放的IMD，確保音質(zhì)純凈。