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输出功率1dB压缩点（P1dB）
P1dB是功率放大器领域广泛讨论的基本测量指标，是表征放大器在非线性条件下性能的关键指标。P1dB以dBm为单位，指定放大器达到其1dB压缩点时的输出或输入功率。该点标志着放大器偏离线性工作的显著转折点——此时实际增益开始与理论线性增益产生偏差。起初，放大器在线性区域工作，随着输入功率增加提供恒定增益；然而，超过特定阈值后，增益不再随输入功率线性增加，从而导致饱和效应。
1dB压缩点本质上是放大器的实际增益与预期线性增益之差恰好为1dB的临界点。这一现象清晰表明非线性行为的开始，意味着放大器因饱和而无法再维持其线性放大效率。P1dB指标的重要性在于它能够量化这种转变，精确测量放大器性能开始压缩的时间和程度。这使得P1dB成为评估功率放大器等器件非线性特性的关键参数，为了解其工作极限和在不同功率水平下的行为提供了参考。
测量P1dB压缩点主要通过绘制输出功率与输入功率（均以dBm为单位）的关系曲线实现。测量需从明确的线性区域开始，逐步增加输入功率（建议以1dB为步长），并确保输入/输出功率均正确参考被测设备（DUT，通常为功率放大器）的端口。
1. 线性区域：
- 初始阶段，DUT呈现恒定增益，输出功率与输入功率呈1:1线性关系（输入增加1dB，输出同步增加1dB）。
- 该阶段在图表中表现为斜率为1的直线，反映放大器的理想线性放大特性。
图1
2. 非线性区域与P1dB点：
- 随着输入功率继续增加，放大器逐渐饱和，增益开始下降，偏离线性关系。
- P1dB压缩点定义为：当实际增益比理论线性增益低1dB时的工作点。此时的输出功率（以dBm表示）即为P1dB阈值，标志着放大器从线性向非线性工作状态的转变。
除直接绘制输出-输入功率曲线外，还可通过绘制增益(dB) vs. 输入功率曲线确定P1dB：
- 线性区域：增益曲线保持水平（恒定增益）。
- 非线性区域：增益曲线开始下降，当增益较初始值降低1dB时，对应点即为P1dB。
图2
测量方法一：
实际测量设置与步骤：
1. 硬件配置：
- RF信号源 → DUT（输出需要接入衰减器）→ 频谱分析仪/功率传感器
- 关键：系统校准及功率基准精确对齐。
2. 操作流程：
- 从低功率开始，以1dB步长逐步增加输入功率。
- 同步记录输入功率、输出功率及增益变化。
- 观察增益下降趋势，捕捉增益比线性值低1dB的临界点。
测量方法二：
图3
当然我们也可以利用矢量网络分析仪进行P1dB的测量，具体步骤如下所示：
1. 硬件配置：
- 矢网Port1 → DUT（输出需要接入衰减器）→ 矢网Port2
- 关键：配置好相应扫描功率并对系统进行功率归零校准。
2. 操作流程：
- 在矢网Sweep Type选项里，把扫描模式修改为功率扫描模式，并设置好相应的扫描功率范围及测量频率。
- 选择S21测量窗口，并对矢网进行功率归零校准。
- 把DUT接入矢网的Port1和Port2端口，并在DUT输出口加入衰减器（保护测试仪器），观察测试曲线。
下图是某一款放大器的功率扫描曲线，其中Y轴代表器件增益，X轴代表输入功率，而输出功率=增益（Y轴）+输入功率（X轴），其中Mark2代表器件没有压缩前的增益（增益约为41dB，Mark2之所以有点上翘是因为该放大器静态工作点设置过低，工作时有点增益扩张），根据上面的公式我们可以依次计算出放大器1db压缩点、3db压缩点、以及饱和对应的功率是多少，P1dB=41-6.4=34.6dbm，P3dB=38-1.6=36.4dbm，Psat=37.1-0=37.1dbm。
图4
尽管测量P1dB的基本方法看似简单，但实际操作中可能出现若干不确定性：
- 器件差异：由于制造公差，即使相同型号的不同放大器，其P1dB点也可能存在细微差异。这种可变性要求在关键应用中进行精确的个性化测量。
- 热效应：工作温度会显著影响放大器的性能。随着元件发热，其电气特性可能改变，进而可能改变P1dB点。为实现精确测量，一致的温度控制或补偿至关重要。
- 频率相关性：P1dB可能在放大器的频率范围内有所变化。这一特性要求在多个频率点进行测量，以全面了解放大器的性能范围。
IMD介绍
当两个或更多的信号在一个非线性元件（有源或无源）中混合时，由于这些原始信号之间的相互作用，会产生新的信号。这种情况被称为互调失真（IMD）。
由互调产生的频率可能是各种互调产物频率的和或差。根据互调产物的不同，会有二阶、三阶、四阶等等互调产物。
这些互调产物如下图1所示。
如图所示，互调产物有很多，但主要的干扰将来自于2ω1+ω2和2ω1-ω2，因为它们在频谱中位于所需频率（ω1，ω2）附近。
图5
当两个或更多的信号在发射机的非线性元件（如射频混频器、单片微波集成电路放大器等）中混合时，互调失真就会在发射机中产生。
下面的表格列出了由于施加两个输入频道频率f1和f2而产生的三阶互调输出频率。
如上文所述，只有输出端的三阶互调产物在幅度上较高，并且接近所需的频率f1和f2。因此，这些三阶互调产物会对所需的信号频率造成干扰。让我们来了解一下与三阶互调失真曲线（斜率为3）
相关的术语 —— 输入三阶截点（IIP3）和输出三阶截点（OIP3）。
输入三阶截点（IIP3）
是指一个假设的输入功率电平，在这个电平下，三阶互调产物的功率将等于基波输出信号的功率，它表明了在出现显著失真之前，器件对高输入信号的耐受能力。
图6它是这样一个输出点：当输入到放大器（或非线性射频电路）的功率增加2dB时，输出功率仅变化1dB。
1dB曲线显示了输入1dB增益压缩点（IP1dB）和输出1dB增益压缩点（OP1dB）。当三阶互调产物（IM3）等于0dB（相对于载波）时的外推点被称为三阶截点（IP3）。
基波信号曲线和三阶失真产物信号曲线相交的外推点被称为三阶截点（IP3）。
在这一点上，输入功率电平被称为输入三阶截点（IIP3），而当这种情况发生时的输出功率被称为输出三阶截点（OIP3）点。
如上文所述，输入三阶截点（IIP3）是对应于输出三阶截点（OIP3）时放大器输入处的三阶截点。
图2中还显示了二阶截点（IP2）。这是二阶互调失真产物（即f1+f2和f1-f2）以及二阶谐波频率（2*f1，2*f2）的结果。
基波信号曲线和二阶失真产物信号曲线相交的外推点被称为二阶截点（IP2）。此时的输入功率电平被称为输入二阶截点（IIP2），而当这种情况发生时的输出功率被称为输出二阶截点（OIP2）点。
输出三阶截点（OIP3）
输出三阶截点（OIP3）表示在这个截点处相应的输出功率电平，它反映了在非线性效应变得显著之前，器件能够输出的最大功率。
换句话说，当向非线性器件输入功率强度等于输入三阶截点（IIP3）电平的信号时，该非线性器件的输出功率就被称为输出三阶截点（OIP3）。
理想情况下，输出三阶截点（OIP3）通常比1dB增益压缩点（P1dB）（即输出1dB增益压缩点OP1dB）高约10dB。
图7该图展示了三阶截点（IP3）的测量装置。OIP3=POUT+ΔP/2
举例说明：
设f1和f2信号的测量功率电平为-10dBm（这是输出功率POUT），而2f1-f2和2f2-f1信号的测量功率电平约为-40dBm。
ΔP=-10-(-40)=+30dBc
OIP3=-10dBm+30/2dB或者OIP3=+5dBm
如果设备的增益为+6dB, 则IIP3=OIP3-G
因此IIP3=+5-6=-1dBm
三阶输入截点（IIP3）与三阶输出截点（OIP3）之间的关系：
设x和y分别为输入功率和输出功率。设A为x与y之间的传递函数。（如果该器件是放大器，A即为 “增益”）
Y=A0+A1.X1+A2.X2+A3.X3+…+Ai.Xi+… An.Xn
其中，
A0是一个常数项，其值与X的取值无关。
A1.X是线性部分。
A2.X2是二次项，也就是二阶项。
A3.X3是三阶部分。
以下等式表示了三阶输入截点（IIP3）和三阶输出截点（OIP3）之间的关系：
增益（单位：dB）+三阶输入截点（单位：dBm）=三阶输出截点（单位：dBm）
其中，
IIPn是n阶输入截点，在输入功率轴（即X轴）上测量。
OIPn是n阶输出截点，在输出功率轴（即Y轴）上测量。
结论
互调失真与1dB压缩点作为非线性元件的关键性能指标，深刻影响通信系统信号质量。本文通过阐述互调产物生成机制、IIP3/OIP3截点定义及P1dB压缩点测量方法，揭示了器件非线性行为对基波信号的干扰规律。P1dB量化线性工作边界，而IIP3/OIP3则表征高功率下的失真耐受能力，三者共同构成评估放大器动态范围的核心框架。精准测量需克服器件差异、热效应及频率依赖性等挑战，为系统设计提供可靠依据，确保信号完整性与动态性能平衡。
