有源電路和無源元件中的非線性會增加諧波和非諧波失真。

這個系列研究了相互調制,兩個頻率應用于一個非線性系統(tǒng)的過程導致系統(tǒng)產生的頻率等于輸入頻率的和與差。在第一部分 和?第2部里面,我們研究了互相調制的有用的應用,例如載波的調制和被調制載波的向上和向下轉換。我們得出結論?第三部分 通過研究互調失真(IMD)-在應該是線性的系統(tǒng)中不需要的頻率分量的出現。特別是,我們要求微軟的EXERL圖表功能繪制一個基礎余弦波,它引入了非諧波頻率分量。

什么將是一個現實世界中不受歡迎的IMD的例子?

首先考慮線性放大器 圖1 .如果三個電阻是相等的,那么放大器的輸出電壓是輸入電壓和的負的(稍后我們將討論無源元件)。

圖1如果三個電阻相等,放大器的輸出電壓是輸入電壓的負和。

如圖所示 圖2a ,如果 1 (t) 是1.5千赫(橙色痕量)和 f 2 (t) 是2千赫(藍跡),電路產生紅跡.該軌跡的快速傅立葉變換僅顯示原始頻率,沒有諧波或非諧波分量( 圖2B ).

圖2紅色時域信號(a)沒有諧波或非諧波分量(b)。

如何引入非線性?

我們可以讓放大器夾住輸出電壓,如藍色痕跡所示。 圖3a .波形的FFT( 圖3B )顯示所產生的頻率含量。從我們迄今為止對互調的了解來看,看到0.5千赫的不同頻率和3.5千赫的和頻率,我們不會感到驚訝。一般來說,考慮到基本的低面音調 f 1 以及基本的高側音 f 2 ,我們可以期待這些頻率的互調產品:

M f 1 +n f 2 , where m and n equal 0, ±1, ±2, ±3, and so on.

圖3b用紅色標記了幾個例子。特別值得注意的是高階和低檔三等產品。它們的大小相對較高,接近基頻,因此很難過濾掉。

圖3短時域信號(a)產生低和高方面的互相調制產品,難以濾波(b)。

IMD僅僅是主動電路的問題嗎?

被認為是被動的組件,如連接器,可以顯示非線性行為,引入所謂的被動互調(PIM)失真。舉個例子,讓我們用頻率 f 1 =2千赫及 f 2 =3千赫到圖1電路的輸入。在放大器和輸出電壓之間神秘的"被動"分量 v 0UT (t) 每2.5毫秒設定一個0.29毫秒的閉路條件,相應頻率 f 公開的 等于0.4千赫,給出了 圖4A .

圖4時域信號(a)中的周期性開路產生大量的互相調制產物(b)。

那不是一種奇怪的失敗模式嗎?

事實上,這種重復的失敗模式并非聞所未聞。例如,考慮一個故障的滑環(huán)或松散連接器在恒定轉速旋轉或往復機械上。

好吧,我會買的。有什么效果?

圖4B顯示圖4A波形的FFT。由于為本例選擇的特定頻率值,互調產品只涉及基頻 f 1 和 f 2 出現在與整數頻率值相關的垂直網格線上。我已經用紅色做了標記。許多額外的互調產品與 f 公開的 .我已經用藍色標記了其中的幾種,包括基頻的高階和低階三階產品之間的那些。顯然,有如此多的IMD,在這里過濾將不會是一個選項-替換有缺陷的被動組件是解決方案。

輸入和插入損失是不同的現象。當信號波長相對于導體波長(例如微波頻率)較短時,插入損耗就成為一個問題。實際上,像蜂窩基站這樣的裝置可能會有PIM問題,但不會出現插入損失問題,反之亦然。

但是PIM和其他IMD問題延伸到音頻范圍。在這里的例子中,我使用了千赫茲值。一個1-KZ信號的波長是30萬米,所以除非我們在很長的距離上傳輸,插入損失和返回損失將不會是一個問題。