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微波与射频频段无源互调干扰研究

张世全  
【摘要】:由多个载波通过无源器件时产生的互调现象通常称为无源互调(PIM)。在大功率多通道通信系统中的无源互调产物,已成为通信系统中的寄生干扰之一。本文主要研究微波与射频频段的无源互调干扰,对其产生根源、对通信系统的影响以及可能的减小措施进行了研究,给出了一种关于无源互调幅度和功率电平的预测方法,分析了移动通信系统和卫星通信系统中的无源互调的特性和规律。 探讨了无源互调干扰的产生机理及其减小措施。微波与射频频段通信系统中PIM干扰来自两种无源非线性:接触非线性和材料非线性。前者表示任何具有非线性电流电压行为的接触引起的非线性,后者指的是具有固有非线性导电特性的材料引起的非线性。 讨论了互调产物的一般行为特性。假设传递函数为无记忆瞬时传递函数,并将它分解为奇次项和偶次项,以便计算各阶互调产物的具体形式。采用傅立叶级数法,推导了二载波情形互调产物的一般表达式及其基本特性,并对两种类型的传递函数(分段非线性和连续软限幅器)的互调产物进行了数值计算。分析和数值结果表明:互调产物的幅度一般来说随阶数的增加而下降:高阶互调产物的下降行为本质上与传递函数的类型有关。 采用合成干扰模型假设和特征函数方法简化了PIM问题,对包括PIM干扰在内的总干扰的统计特性进行了数学分析,进而对无源互调对通信系统的抗噪性能的影响做了数值模拟。分析和模拟结果表明,总干扰的尾分布与高斯噪声很不相同,无源互调对通信系统的影响主要是在低误码率范围内。 研究了无源互调的幅度和功率电平预测的一般思路和方法。采用幂级数法,推导了由低阶无源互调测量值预测高阶无源互调(特别是奇次互调)幅度和功率的多项式表达式和相应的矩阵表达式,编程实现了用三阶无源互调的测量值预测五阶无源互调的功率,并与实验值进行了比较,初步证实了这种方法的正确性和有效性。另外还对发送到负载上的互调功率以及三阶互调功率随发射载波功率之比的变化规律做了讨论。 分析了移动通信系统中的无源互调干扰。采用两种点源模型描述了移动通信基站设备中的电缆组件的三阶PIM失真特性,接着讨论了移动通信天线的无源互调特性,介绍了移动通信系统无源互调的测量,并进行了初步测量。 分析和计算了通信卫星系统中的无源互调干扰。通过对一个典型的C波段通信卫星系统的实例分析,假设用平坦信号功率谱模拟每个频道,容易求出平坦类 微波与射频频段无源互调干扰研究 噪声功率谱的自相关函数,再根据功率谱密度与自相关函数的傅立叶变换关系, 求得n阶PIM失真的功率谱密度的近似表示式。通过对不同阶次的PIM功率谱进 行比较,可以对不同阶次的干扰程度有更好的把握。分别对两种情况,宽带高斯 信号和窄带高斯信号,计算非线性通道中的线性输出功率和失真输出功率以及PIM 失真功率与二载波测量的PIM功率之比。分析计算表明:一般来说,PIM电平随 其阶数的增加而降低;接收通带中的最低波段受到PIM干扰的影响最大;接收机 中的PIM功率与二载波PIM测量值之比随互调阶数对数线性增加。 关键词:微波与射频,无源非线性,非线性机理,无源互调,傅立叶级数法,幂 级数法,合成干扰模型,幅度与功率电平,移动通信系统,通信卫星


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