如何减少互调干扰的影响？

此子任务主要说明互调干扰的产生原因、无三阶互调干扰信道组的选择、发射机互调干扰的产生及减小干扰的措施、接收机互调干扰的产生及减小干扰的措施以及放大器三阶互调的计算方法。

1.互调干扰的起因

互调干扰是由于多个信号加至非线性器件上，产生与有用信号频率相近的组合频率，进入接收机工作频带从而造成对系统的干扰。非线性器件的特性表明，输入信号多于两个时，会由于调制而在输出信号中出现原来信号中所没有的新的不需要的组合频率，即互调产物。如果产生的互调产物落入某接收机带内，并且具有一定的强度，就会造成对该接收机的干扰。在移动通信中，由于发射机末级和接收机前端电路的非线性，因而造成发射机互调和接收机互调。此外，在发射机强射频场的作用下，由于发信机高频滤波器及天线馈线等插接件的接触不良，或拉杆天线及天线螺栓等金属部件生锈，产生非线性因素也会出现互调现象，这种互调为外部互调，又叫生锈螺栓效应。

总的来说，产生互调干扰的条件如下：

1）多个信号同时加到非线性器件上产生大量的互调产物。

2）无线系统间，系统内频率和功率关系不协调。

3）对接收机互调而言，所有干扰发射机和被干扰接收机同时工作。

几个条件必须同时满足，才会产生互调干扰，逐一改善可解决互调干扰问题。

互调产物用幂级数表示为高次项，系数一般随阶次增高而减小，故幅度最大、影响最严重的是落在有用信号附近的三阶互调。

图1-3-5 基站发射机互调干扰示意图

2.发射机互调干扰

发射机的互调干扰一般出现在基站，是由于基站使用不同频率的发射机产生的干扰，如图1-3-5所示。由于发射机的末级功率放大器通常工作在非线性状态，所以，互调干扰主要存在于末级功率放大器中。

假设发射机的功率都为P，发射机A输出的三阶互调干扰功率可以表示为

P_TIM=P_（dBW）-L_C-L_I （1-3-3）

式中，P_TIM为发射机A输出的三阶互调干扰功率。

P（_dBW）为发射机的功率，dBW形式。

L_C为耦合损耗，是发射机B的功率与进入发射机A末级功率放大器的功率之比。因此，减小互调干扰可以从增加耦合损耗入手。对于共用天线，应在发射机与天线间插入单向隔离器或高Q谐振腔。对于分用天线，可以采取的方法包括：加大发射机天线之间的距离；减小馈线之间的耦合；在发射机的输出端加入高Q带通滤波器BPF（Band Pass Filter），以增加频率的隔离度。

L_I为互调转换损耗，是进入发射机A的干扰信号功率与输出的互调干扰功率之比。L_I与发射机A末级功放的非线性有关，因此，增加互调转换损耗，应当适当增加发射机末级功放的线性动态范围。除此之外，L_I还与发射机的频差有关，加大频差，也有利于减小互调干扰。

3.接收机的互调干扰

当多个信号进入接收机前端，在器件的非线性作用下，会产生接收机的互调干扰。接收机的抗互调能力用互调抗拒比SI表示，SI是输入的干扰信号与有用信号电平的比值。在我国公用移动通信系统中要求接收机的三阶互调抗拒比指标为70dB。

对于一般的移动通信系统，接收机互调干扰主要考虑三阶互调干扰，特别是两信号的三阶互调干扰。为了减小互调干扰，首先应当在接收机前端加入滤波器，以增强选择性，减少进入高放的强干扰。其次应当提高接收机前端电路的线性，减小互调干扰发生的可能性。

设输入回路的选择性较差，同时有三个载频分别为ω_A、ω_B、ω_C的干扰信号进入接收机高放或混频级而未被滤除，有用信号为ω_O。故进入接收机高放的信号频率为ω_A、ω_B、ω_C与ω_O。晶体管的转移特性的非线性可用幂级数表示为i=a₀+a₁u+a₂u²+a₃u³+…式中，a₀、a1、a2、a3…是由晶体管特性决定的系数。

设作用于晶体管的信号为u=Acosω_At+Bcosω_Bt+Ccosω_Ct，则输出回路电流i=直流项+基频项+2次项+3次项+…其中3次项有：

（3/4）a₃A²B[cos（2ω_A+ω_B）t+cos（2ω_A-ω_B）t]+（3/4）a₃AB²[cos（2ω_B+ω_A）t+cos（2ω_B-ω_A）t]+（3/4）a₃A²C[cos（2ω_A+ω_C）t+cos（2ω_A-ω_C）t]+（3/4）a₃AC²[cos（2ω_C+ω_A）t+cos（2ω_C-ω_A）t]+（3/4）a₃B²C[cos（2ω_B+ω_C）t+cos（2ω_B-ω_C）t]+（3/4）a₃BC²[cos（2ω_C+ω_B）t+cos（2ω_C-ω_B）t]+（3/2）a₃ABC[cos（ω_A+ω_B-ω_C）t+cos（ω_A+ω_C-ω_B）t+cos（ω_B+ω_C-ω_A）t+cos（ω_A+ω_B+ω_C）t+…]

由3次项不难看出，频率为2ω_A-ω_B、2ω_B-ω_A、2ω_A-ω_C、2ω_C-ω_A、2ω_B-ω_C、2ω_C-ω_B、ω_A+ω_B-ω_C、ω_AA+_ωC-_ωB、_ωB+_ωC-_ωA的三阶互调产物将在_ωA、_ωB、_ωC附近，故难以用选择性电路滤除，容易构成互调干扰。而ω_A+ω_C和2ω_A+ω_B、…等类型的互调分量远离使用的频率，故容易滤除，因而危害性不大。由此看出，三阶互调干扰有两种类型，即二信号三阶互调和三信号三阶互调，分别用2A-B（三阶Ⅰ型）和A+B-C（三阶Ⅱ型）表示。

表1-3-1列出了两个信号（_i=Acos_At+Bcos_Bt）作用于非线性器件时的互调产物的频率和三个信号（_i=Acos_At+Bcos_Bt+Ccos_Ct）作用于非线性器件时的互调产物的频率。

表1-3- 1两个信号和三个信号的互调产物频率

由电流的三次项表示式可知，三阶互调产物的幅度和晶体管特性的三次项系数a₃成比例，说明它是由晶体管特性的三次幂项产生的。另外，三阶互调产物和干扰信号的幅度有关，当各个干扰信号的幅度相等时，三阶互调幅度与干扰信号幅度的三次方成比例，且三信号三阶互调电平比二信号三阶互调电平高一倍（6dB）。

按照同样的数学分析方法，如将a₅u⁵的五次幂展开并整理，可得以下六种类型的五阶互调产物：3A-2B、3A-B-C、2A+B-2C、2A+B-C-D、A+B+C-2D、A+B+C-D-E。

由于a₃>>a₅，故一般只考虑三阶互调干扰，但电台密度大，多信道共用时必须考虑五阶互调。由分析表明，各个干扰信号必须满足一定的频率和幅度条件才能造成互调干扰。也就是说，电路的非线性仅是产生互调干扰的内因，尽管在同一地区有很多电台同时工作，但是只要电台的工作频率分配得当，各台的布局合理，就不会产生严重的互调干扰。所以，从频率分配上和干扰信号强度上设法构成破坏互调干扰的条件，是系统设计时应当考虑的问题。

4.无三阶互调干扰频道组

在三阶互调干扰频道组的定义中，只有由非线性产生的新频率落在接收频道中时才能成为干扰。在移动系统中，为了避免三阶互调干扰，可以通过合理选择频道组中的频道，使得无三阶互调频道组在一个移动通信系统中，在频率分配时，为了避开三阶互调，应适当选择不等距的频道，使它们产生的互调产物不致落入同组中任一工作频道内。

根据前面分析，产生三阶互调干扰的条件是有用信号与无用干扰有着特殊的频率关系，即满足：

f_x=f_i+f_j-f_k或f_x=2f_i-f_j （1-3-4）

式中，f_i、f_j、fk是频道频率；f₁、f₂…f_n频率集合中任意三个频率f_x也是频率集合中一个频率。式（1-3-4）中，前者为三阶互调I型，后者为三阶互调E型。(www.xing528.com)

在工程上，为了避免直接用频率进行计算的麻烦，往往将频道标称频率用对应的序号表示，图中共有16个频道，其频率范围是158.000～158.375MHz，每隔25kHz一个频道，对应序号是（1）～（16）。

一般情况下，假定起始频率f₀，频道间隔为B，则任一频率可以写成

f_x=f₀+BC_x（1-3-5）式中，C_x为频道的序号。这样就有

则可得到以频道序号表示的三阶互调公式：

C_x=C_i+C_j-C_k或C_x=2C_i-C_k （1-3-7）

由式（1-3-6）和式（1-3-7）对比可知，式（1-3-6）更具有普遍性，即当式中i=j≠k时，式（1-3-6）就变成式（1-3-7）的形式。

对五阶互调也可作出类似分析，即得到以频道序号表示的五阶互调关系式为

C_x=C_i+C_j-C_k-Cl-C_m （1-3-8）

在工程上，一般只考虑选用无三阶互调频道。为了判断一组频道是否存在三阶互调问题，直接使用式（1-3-6）尚不够简便，为此，将式（1-3-6）改用频道序列差值来表示，即

C_x-C_i=C_j-C_k （1-3-9）

式中，C_x-C_i=d_i，x，为任意两个频道间差值，例如i=1、x=4，则

d_i，x=d_1，4=C₄-C₁=3表明第4号频道与第1号频道差值为3，频率间隔为3B。

同理，d_k，j=C_j-C_k为第j个频道与第k个频道之间的差值。因此改用频道差值表示三阶互调的关系式变为

d_i，x=d_k，j （1-3-10）

为了全面考察一组频道（n个）是否为相容频道组，必须考察全部序号差值，即n中取2的组合数，如n=5，则全部序号差值是10个。倘若10个差值中有一个以上相同，则为不相容频道组；只有10个差值均不同，才是相容频道组。

应用时，可用图表法：

1）依次排列信道序号。

2）按规律依次计算相邻信道序号差值d_j，k，写在两信道序号间。

3）计算每隔一个信道的序号差值。

4）计算每∙隔∙二∙个∙信道的序号差值。

5）查看三角阵中是否存在相同数值，若有相同数值，表示满足条件d_x，i=d_j，k，存在三阶互调；若没有相同数值，则不存在三阶互调。

为便于全面彻底考察全部差值，采用下面介绍的频道序号差值序列比较清楚，下面举例说明。

【例1-3-2】若选用1、3、5、7、9号频道序号为基站使用的频道，试判别无线区内是否存在三阶互调干扰。

解：根据给定的五个频道序号，可列出差值阵列，如下所示，不难发现：

(Cl、C3、C5、C7、C9)差值序列图

d1，3=d3，5=d5，7=d7，9=2

d1，5=d3，7=d5，9=4

d1，7=d3，9=6

为不相容频道组。

结论：这几个频道序号间存在三阶互调干扰。

利用计算机可搜索出占用最少频道数的无三阶互调的频道组，表1-3-2列出了部分结果。

表1-3-2 无三阶互调的频道序号