互调失真无源互调

在现代通信系统中，当多个频率的载波信号通过一些无源器件时，都会产生互调失真。无源器件如天线、电缆、滤波器等，由于其机械连接的不可靠，使用具有磁滞特性的材料，污损的接触面等原因，不同频率的信号在不材料连接处非线性混频，产生不同幅度的互调产物，而这些互调失真信号又表现为通信频带中的干扰信号，使系统的信噪比下降，严重影响通信系统的容量和质量。实际上，在我们平时的设计和测量中，一般对有源互调寄予比较多的关注，如由放大器、混频器等产生的互调失真，而有源互调的测量，由于互调失真与载波的相对幅度差较小，故测量易于实现。随着通信系统的发展和系统质量的提高,无源互调的测量与分析将会日益受到重视。

由于互调失真讯号全部都是音乐频率的和及差讯号，和自然声音完全不同，所以人耳对此是相当敏感的，不幸的是，在许多放大器中，互调失真往往大于谐波失真，部份原因是因为谐波失真一般比较容易对付。

虽然互调失真和谐波失真同样是由放大器的非线性引起，两者在数学观点上看同样是在正常信号中加入一些额外的频率成份，但它们实际上是不尽相同的，简单的说，谐波失真是对原讯号波形的扭曲，即使是单一频率讯号通过放大线路也会产生这种现象，而互调失真却是不同频率之间的互相干扰和影响，测量互调失真远比测量谐波失真复杂，而且至今尚未有统一的标准。

顾名思义，互调失真(Intermodulation Distortion)是指由于讯号互相调制所引起的失真，调制一词本来是指一种在通讯技术中，用以提高讯号传送效率的技术。由于含有声音、图像，文字等的原始讯号"加进"高频讯号里面，然后同时将这个合成讯号发送出去。这种将高低频相"加"的过程和方式称为调制技术，所合成的讯号称为调制讯号。调制讯号除保留高频讯号的主要特征外，还包含有低频讯号的所有信息。产生互调失真的过程实质上也是一种调制过程，由于一个电子线路或一台放大器不可能做到完全理想的线性度，当不同频率的讯号同时进入放大器被放大时，在非线性作用下，每个不同频率的讯号就会自动相加和相减，产生出两个在原讯号中没有的额外讯号，原讯号如有三个不同频率，额外讯号便会有6个，当原讯号为N个时，输出讯号便会有N(N-1)个。可以想像的是，当输入讯号是复杂的多频率讯号，例如管弦乐时，由互调失真所产生的额外讯号数量是多么的惊人!

IMD也是一种测量非线性失真的方式。互调失真是来自于两个频率F1与F2，在F1+F2与F1-F2(取绝对值)之间所产生的谐波，这些谐波彼此之间又能继续组合出和、差、乘积。举例来说，14kHz与15kHz的谐波失真就包括了1kHz与29kHz，而通过其中的1kHz，又能与14kHz组合出13kHz，依此类推。测量这些位置的谐波大小，就是互调失真。测试时是发出19kHz与20kHz两个频率的声音，所以图形上在19k与20k的位置会有峰波，我们可以借此观察在19k左边的图形是否有过多的谐波产生出来。这个值越小，则播放器越好。

当测量功率合成器的互调失真时，可使用如下图的传统测量方法:

采用Anritsu公司的68347信号源输出的高功率连续波信号分别输入到功率合成器的两个端口。每一载波的频率在测量需要的带宽内合适设定，功率合成器有两种作用:即为被测器件，又将两路信号合成为一路信号。功率合成器产生的互调信号传输到双工器端口，接收带宽内的互调信号用频谱分析仪测量。

现代无源互调分析仪，可输出预先组合的双频信号。互调仪具有两个射频端口，端口一可输出两个高功率电平的双频信号，经过被测器件后进入分析仪的端口二，端口一的反射信号同时也进入分析仪的接收机。分析仪可在传输模式和反射模式两种状态下工作，分别测量被测件的传输互调失真和反射互调失真。

实际上，对被测件而言，不同因素产生的互调失真都为矢量信号，它们相对的相位关系将决定被测件在特定状态下的互调失真的总幅度。在传输测量中，不同的互调产物在到达端口二时均同相，而在反射测量中，到达端口一的互调失真为端口一的总响应和端口二上互调源的相移响应。因此，反射互调失真为频率和被测件电长度的函数。

使用互调仪测量上述功率合成器的互调响应。

互调仪的端口一接功率合成器的被测输入口，这样可以测量功率合成器的A1、A2 和B端口的互调失真。互调仪的传输模式测量端口B的前向互调失真，反射模式测量端口A1的互调失真。如图示，如果端口A1作为驱动端口，端口A2应接低互调失真负载，以理想地测试功率合成器的互调失真。通过换接端口A1、A2，功率合成器每一输入端口的互调均可被测量。

把上面两种方法作一比较:功率合成器连接处和端口B承载两个连续波功率，测量的互调失真为这两个因素的总的互调失真。如果每一端口的入射信号均为非调制信号，这种方法准确测量了功率合成器的真正互调性能，但是受到频谱分析仪的固有互调失真的限制。如果功率合成器在输出、输入端口均为调制信号，提供的测量结果更有实际意义。

测量两端口器件的前向无源互调失真时，可采用直接的连接方法:被测件的输入端口接分析仪的端口一，输出端口接分析仪的端口二。这种方法的测量误差随频率和连接端口二与被测件的电缆长度的变化而变化。而且，由于互调仪的端口一和端口二仅在测量的发射和接收带宽内实现阻抗匹配，故在分析仪输出载波信号的谐波频率范围内，将产生大的驻波，这样，即使被测件在高功率载波的基波和谐波频率范围内具有良好的阻抗匹配特性，这种测量方法的建立仍产生出不同的互调电平。

首先，使用的定向耦合器必须要有足够低的固有互调特性，其耦合度介于10~30dB之间，过大的耦合值使得被测的互调信号淹没在分析仪端口二的噪声底带之中，过小的耦合度将增加测量误差。定向耦合器如此连接，以便双频载波和产生的互调均可传输到耦合端口，耦合器的传输臂接低互调失真终端负载。耦合器的反向耦合端口匹配一标准五十欧姆终端负载。测量前，首先直接连接定向耦合器(好的电缆和适配器)到分析仪的两端口做残余互调的检查。这种测量建立提供了宽带的阻抗匹配，有效地降低了载波的谐波频率范围内的驻波，稳定的测试条件得到更有意义的测量结果。

现阶段无源互调失真的测量，理论和方法都还处于初步阶段，有些测量方法也不够成熟。随着射频技术的发展，这一参数的测量将会愈加受到重视，测量设备也会更为完善，测量准确度也将大大提高。

瞬态互调失真(Transient Intermodulation Distortion)，亦称TIM失真。TIM测量方法则迟至70年代才公开发表。记得1981年音响界人士云集北京人民艺术剧院，专门讨论它。由于瞬态互调失真与负反馈密切相关，所以在讨论瞬态互调失真时就需要先从负反馈说起。

在电子放大线路中，由于零件的非线性、对称性、温度的变化，噪音的干扰以及其他种种原因，使信号在被放大的同时，无可避免地被加入各种各样的失真，而负反馈则能有效地降低这些失真。举一个简单的例子来说，如放大器在放大一个正弦波讯号时，由于零件的非线性、对称性、温度的变化会使输出有明显失真。通过负反馈，将失真的信号与输入信号进行比较减去失真。因为是输出与输入相减，虽然稳定了增益，但是放大量也大幅度减小。如果要使输出讯号被放大到足够的强度，放大器的放大率(增益)便要加大，所幸的是这并非难事，尤其是晶体管机。如果我们将负反馈量加大，使输出讯号降低到和输入讯号电平相同的程度，即完全没有放大，这种放大器线路有一个特殊的名称，叫缓冲放大器(Buffer Amplifier)。虽然讯号没有被放大，但因为放大器一般都是输入阻抗高，输出阻抗低。所以缓冲放大器常被用作阻抗匹配之用。

负反馈方式的设置对功放性能影响很大。一般功放电路负反馈取自输出端。电流放大级产生的失真靠大环路负反馈来改善。这种反馈方式往往使功放在客观上失真度指标是改善了，而主观听感上却不尽人意。末级产生的失真通过负反馈输入前级，再通过前级放大后对其进行补偿与调整，这种补偿与调整必然是滞后的，势必使系统瞬态响应速度降低，易于诱发瞬态互调(TIM)失真，并使高频信号产生失真与相移，在听感上表现为生硬的"晶体管声"。另外，扬声器产生的反电动势和音箱线感应的射频干扰也通过信号产生"污染"，影响了音质的纯正。

为了避免以上缺点，可以采用了前级电压反馈以及用电容将前级与末级隔离。由于这只电容位于信号通道上，为保证音质纯正，选用了金属化聚丙烯电容。这样，末级就变成了无负反馈的0dB后级放大器(纯电流放大器)，因此，本级的前级放大取为高增益放大器。许多方法都在实践中，还没有一个普遍好用的办法解决"晶体管声"。

英文名称:Interface Intermodulation Distortion

界面互调失真和音圈内阻及负反馈线路有关。当放大器输出的电能无法全部转变为机械能量时，多余的电能就必定会在音圈中产生出额外的反电势(Back emf)，这个反电势会由耳机线回馈至耳机放大器的输出端，然后依放大器内阻的大小形成一个电压，这个电压会被负回输线路反馈至输入端，和输入讯号掺和在一起。胆机因为有输出牛的线圈电阻存在，阻尼系数相对较低，更应小心界面互调失真。

这种失真较少为人知道和提及，它不但和放大器线路有关，而且和音箱也有很大关系。因此在介绍这两项指标前，应先了解音箱有关这方面的特性。目前的音箱所用的单元绝大部分是采用动圈式喇叭，其主要结构包括有一个产生磁场的永久磁铁和一个音圈，严格来说动圈式喇叭属于一种特殊的直流马达，只不过音圈只需要的是直上直下的来回活动而不是旋转。

不管是交流马达或是直流马达都有可逆性的，也就是讲在某种条件下它们能充当发电机，直流马达其实在结构上和直流发电机没有什么区别，永磁式直流马达的转轴转动，就能在接线端上产生出一定的电压，同理，动圈式喇叭的振膜运动时就会在接线端上产生电压，电压的大小与运动的速度和幅度有关。

由于非线性化和损耗的关系，扬声器不能对放大器输出的全部电能加以利用，因此会有剩余电能产生，当放大器输出的电能无法全部转变为机械能量时，多余的电能必定会在扬声器音圈中产生出额外的反电动势(Back emf)，这个反电动势会由喇叭线反馈到放大器的输出端，然后根据放大器内阻的大小形成一个电压，这个电压会被负反馈线路反馈到输入端，和输入信号打成一片，使中低频声音混浊，此时的分析力和层次感会大大减弱。这时产生的问题称为界面互调失真。

另外由于振膜的机械惯性原因，在音圈中也会产生多余电能，这会使扬声器的低频控制力变差。解决方法

界面互调失真和喇叭内阻和负反馈线路有关。

降低负反馈量和放大器内阻(即提高阻尼系数)，能减少界面互调失真的影响，同时Bi-Wird双线接驳也是另一种改善方法，因为高低音分开传输能使低频的反电动势不能对高频信号产生影响，从而有效改善地音质，这也是为什么我们在双线接驳的系统上听到的音质更清晰一些的缘故。