送信機の相互変調歪みを低減するには？

相互変調歪み (IMD) は、送信機の動作における重要な問題です。プロの送信機サプライヤーとして、当社は送信機の高品質なパフォーマンスを確保するために IMD を最小限に抑えることの重要性を理解しています。このブログでは、送信機の相互変調歪みを軽減するためのさまざまな方法を検討します。

相互変調歪みを理解する

解決策を詳しく説明する前に、相互変調歪みとは何かを理解することが重要です。 IMD は、送信機などの非線形デバイス内で 2 つ以上の信号が相互作用するときに発生します。送信機内のコンポーネントの非線形特性により、元の入力信号には存在しない新しい周波数が生成されます。相互変調積として知られるこれらの新しい周波数は、目的の信号に干渉し、通信システム全体のパフォーマンスを低下させる可能性があります。

相互変調積は通常、元の周波数の組み合わせとして表されます。たとえば、2 つの入力周波数 (f_1) と (f_2) がある場合、3 次相互変調積は (2f_1 - f_2) と (2f_2 - f_1) になります。より高次の相互変調積も存在しますが、3 次積は元の周波数に近く、受信機の通過帯域内に収まる可能性が高いため、多くの場合最も問題になります。

高品質のコンポーネントの選択

IMD を低減する最も基本的な方法の 1 つは、送信機の設計に高品質のコンポーネントを使用することです。アンプ、ミキサー、フィルターなどのコンポーネントの非線形性は、相互変調歪みに大きく寄与する可能性があります。

アンプ: IMD を最小限に抑えるには、高直線性アンプが重要です。アンプを選択するときは、高い 3 次インターセプトポイント (IP3) を持つデバイスを探してください。 IP3 は、重大な相互変調積を生成することなく複数の信号を処理するアンプの能力の尺度です。 IP3 が高いほど、直線性が高く、IMD が少ないことを示します。たとえば、クラス A アンプは一般に、クラス B またはクラス C アンプに比べて直線性が優れていますが、電力効率は低くなります。
ミキサー: ミキサーは、送信機における IMD のもう 1 つの原因です。変換損失が低く、ポート間の絶縁性が高いミキサーを選択してください。平衡型ミキサーは、平衡型設計によって相互変調成分の一部を打ち消すことができるため、多くの場合好まれます。
フィルター: 適切に設計されたフィルターは、相互変調積を抑制するのに役立ちます。ローパス、ハイパス、バンドパスフィルターを使用して、目的の信号帯域外の不要な周波数を除去できます。たとえば、バンドパスフィルターを送信機の出力に配置して、相互変調積を除去しながら、必要な周波数のみが送信されるようにすることができます。

回路設計の最適化

高品質のコンポーネントを使用することに加えて、回路設計を最適化することでも IMD を削減できます。

レイアウト設計: 回路の物理レイアウトは IMD に大きな影響を与える可能性があります。信号トレースの長さを最小限に抑えて、非線形動作の原因となる寄生容量とインダクタンスを低減します。異なる信号間の結合を避けるために、入力トレースと出力トレースを分離してください。また、適切な接地技術を使用して、さらなる非直線性を引き起こす可能性がある接地ループを最小限に抑えます。
バイアス: 線形動作には、コンポーネントの正しいバイアスが不可欠です。バイアスが正しくないと、コンポーネントが動作の非線形領域に押し込まれ、IMD の増加につながる可能性があります。たとえば、アンプでは、デバイスが線形領域で動作するようにバイアス電圧と電流を設定する必要があります。
インピーダンスマッチング: IMD を低減するには、コンポーネント間の適切なインピーダンス整合が重要です。インピーダンスの不整合により反射が発生し、非線形動作や相互変調積の増加につながる可能性があります。変圧器や LC ネットワークなどのインピーダンス整合ネットワークを使用して、コンポーネントの入力インピーダンスと出力インピーダンスが適切に整合していることを確認します。

フィードバック手法の採用

フィードバックは、送信機の IMD を軽減するための強力なツールです。

否定的なフィードバック: 負帰還を使用すると、アンプの動作を線形化できます。出力信号の一部を位相反転して入力に戻すことにより、負帰還によりアンプの非線形性を低減できます。フィードバックループはアンプのゲインを調整して入力信号の変化を補償し、相互変調積の生成を低減します。ただし、フィードバックループを設計するときは、不安定性を避けるために注意する必要があります。
プリディストーション: プリディストーションは、より高度なフィードバック技術です。これには、アンプの非線形性とは逆のプリディストーションを入力信号に適用することが含まれます。このプリディストーションはアンプの非線形性を補償し、より線形な出力をもたらします。デジタルプリディストーション (DPD) は、現代の送信機で一般的な方法であり、デジタルシグナルプロセッサを使用して、アンプの非線形性のリアルタイム測定に基づいてプリディストーション信号を生成します。

テストと校正

トランスミッターが最小限の IMD で動作していることを確認するには、定期的なテストと校正が不可欠です。

IMD試験: スペクトラムアナライザや信号発生器などの特殊なテスト機器を使用して、送信機の相互変調積を測定します。 2 つ以上のテスト信号を送信機に注入し、出力での相互変調積の電力を測定します。測定された IMD レベルを指定された要件と比較して、トランスミッターが許容範囲内で動作しているかどうかを判断します。
較正: 測定された IMD レベルが指定された制限よりも高い場合は、校正が必要になる場合があります。トランスミッターのバイアス電圧、ゲイン設定、その他のパラメーターを調整して、パフォーマンスを最適化します。 IMD の問題がキャリブレーションによって解決できない場合、コンポーネントの交換が必要になる場合があります。

アプリケーションと関連製品

当社は、さまざまな用途に適した幅広い伝送器を提供しています。産業用途には、弊社の製品をお勧めします。工業用液体計測用圧力発信器スマートタイプ流量計。このトランスミッタは、高品質のコンポーネントと高度な回路設計技術を使用して設計されており、相互変調歪みを最小限に抑え、正確かつ信頼性の高い液体圧力測定を保証します。

差圧測定が必要なアプリケーションには、シングルフランジまたはダブルフランジ流量計付き差圧発信器素晴らしい選択です。堅牢な設計と高直線性コンポーネントを備えており、低い IMD で正確な差圧測定を実現します。