番外9：使用ADS对射频功率放大器进行非线性测试1（以IMD3测试为例）

番外9：使用ADS对射频功率放大器进行非线性测试1（以IMD3测试为例）

一般可以有多种方式对射频功率放大器的非线性性能进行测试，包括IMD3、ACPR（ACLR）等等，其中IMD3的实际测试较为简单方便不需要太多的仪器。那么在ADS中如何对设计的IMD3性能进行测试呢，下面进行介绍。

1、IMD3基本介绍

IMD是intermodulation distortion（交调失真）
当两个信号频率f1和f2或多个信号频率同时通过同一个无缘射频传输系统时，由于传输系统的非线性影响，使基频信号之间产生非线性频率分量。这种现象被称为交调，或称互调。把非线性频率分量称为交调产物。这些交调产物如果落在接收频带内，又足够的强，则形成对基波信号频率的干扰，称这种干扰为无源交调干扰，或无源交调失真。

交调频率的计算公式如下所示：
f1m=mf1±nf2········
式中：f1、f2为输入基波频率
f1m为交调频率或称交调产物
m 、n为包括1在内的正整数、m+n为交调的阶数
例：当m+n=3时，则为三阶交调
附上一张图方便理解：IMD3释义及其测试方式

2、待测PA的单频率版图性能

器件：CGH40010F
类型：自己设计的宽带E类
频率：2.5GHz-3.9GHz
PAE：61.649-70.339
DE：65.239-73.452
Gain：10.5-11.6dB
Pout：40.5-41.6dBm
其版图如下：

其版图仿真性能如下，测试的输入功率为30dBm：

3、待测PA的IMD3测试（修改Sample_PA）

打开任意一个原理图，在菜单栏选择DesignGuide中的Amplifier并打开：

在弹出的窗口的双音信号测试中选择如下的测试，点击确定创建原理图：

打开后会弹出一个原理图，暂且不管，我们需要找到工程目录下自动创建的Sample_PA原理图：

打开后如下所示：

删掉自带的所有电路，但是一定要把端口留下了，删除后如下所示：

把我们设计的电路放进去，连好输入输出与栅极和漏极的电压，连接好后如下所示：

3、待测PA的IMD3测试（修改HB2TonePAE_FPswp）

HB2TonePAE_FPswp默认的原理图如下所示：

因为我之前设计的电路已经包括了输入和输出的隔直电容和栅极与漏极的偏置线，在此将C1、C2、L1、L2全部删除（或设成短路状态）：

下面修改栅极和漏极的电压，对于我此处的设计，我使用-3V的栅极电压和28V的漏极电压，因此修改成如下所示。此外，对于2.5GHz-3.9GHz的IMD3测试，测试双音信号的频率间隔一般为5MHz，很多论文中也使用这个间隔进行IMD3的测试，测试的阶数选择为最高5阶：

下面设置功率的扫描范围，我这边设置的扫描范围为0-30dBm，因此设置成下面这样（0-10dBm扫描步长为2，10-30dBm扫描步长为1）：

最后设置扫描的频率范围与频率间隔，上面设计时的频率范围为2.5-3.9GHz，这里也这样设置：

设置完成后即可点击仿真，仿真可能需要几秒钟的时间，不要着急。如果仿真结束没有弹出原理图，按照如下方式设置：

把打勾即可

最后点击Apply并重新运行仿真。

4、IMD3测试结果分析

仿真得到的最终结果如下所示：

我们一般选择三个频点进行观察即可。按照下面的仿真调整marker，此处输出功率选择的是40dBm，这是因为使用的晶体管CGH40010F的理想输出功率为10W，也就是40dBm。

得到的结果如下表所示：

由此得到的各个频率点的IMD3如下所示。然而在实际使用中，我们一般关注3dB compression点处的IMD3的数值，在显示图表下面的一栏可以看到，点击那个X-dB Gain compression data：

修改compression 的数值为3：
此处得到的最终的3dB下的测试结果如下所示，此处5阶IMD5被顺带测试：

一般来说饱和状态下的IMD3数值小于-15dBc就可以说是比较好的了（许多论文都是这样写的），此处IMD3总的来说小于-18.51dBc，性能较好。
当然这边也有图可以展示：

测试结束。