射频系统中IM3、IIP3、OIP3、增益和P1dB的关系解析

在射频系统设计中，噪声系数和非线性失真是衡量系统性能的两个关键指标。噪声系数决定了系统能够处理的最低信号电平，而非线性失真则限制了系统所能处理的最高信号电平。

当双音信号（f1, f2）输入到非线性器件（如放大器或混频器）时，由于器件的非线性特性，输出信号中会产生三阶交调分量（IM3）。这些交调产物会影响系统的线性度和动态范围。

具体来说：

• 基波分量随输入信号增加1dB而增加1dB；
• 二阶谐波及二阶交调分量随输入信号增加1dB而增加2dB；
• 三阶谐波及三阶交调分量随输入信号增加1dB而增加3dB。

下图展示了IM3、IIP3、OIP3、增益（G）和P1dB等指标之间的关系：

各指标之间的数学关系如下：

Pout (dBm) = Pin (dBm) + G (dB) （1）
OIP3 (dBm) = IIP3 (dBm) + G (dB) （2）
OIP3 (dBm) = Pout (dBm) + IMD / 2 (dBc) （3）
IIP3 (dBm) = Pin (dBm) + IMD / 2 (dBc) （4）
IM3 (dBm) = 3Pin (dBm) – 2IIP3 (dBm) + G (dB) = 3Pout (dBm) – 2IIP3 (dBm) – 2G (dB) = 3Pout (dBm) – 2OIP3 (dBm) （5）

对于射频放大器、中频放大器和混频器等器件，通常OIP3比P1dB高约10～15dB。