諧波失真的四個W

什么是諧波失真？
      從簡單的連續(xù)波（CW）到復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制信號，每個真實信號都有一定程度的失真，要考慮的一種失真是總諧波失真（THD），THD值表示設(shè)備的信號失真有多少是由諧波引起的。這些諧波是在信號頻率的不同倍數(shù)下產(chǎn)生的能量，以前不存在或應(yīng)該存在，這種額外的能量通常由電路，元件或系統(tǒng)的傳遞函數(shù)中的非線性引起，在實際系統(tǒng)中，非線性是由增益壓縮，晶體管開關(guān)或源 - 負載阻抗不匹配引起的。

一個850 MHz信號，兩側(cè)都有明顯的諧波。

圖1：使用X系列信號分析儀進行的基本掃描測量顯示850 MHz信號，兩側(cè)都有明顯的諧波。

 要計算THD，您需要確定所有周圍諧波分量的功率之和與器件基波信號功率之比：

要計算THD，您需要確定所有周圍諧波分量的功率之和與設(shè)備基波信號功率之比。得到的THD以dBc表示。

為什么以及何時測量THD
      當(dāng)您確認信號表現(xiàn)符合預(yù)期時，THD通常在設(shè)計驗證和故障排除期間進行表征，您的THD將指示您的設(shè)備周圍的諧波是否會影響您的信號質(zhì)量或干擾其他設(shè)備。

      您希望THD盡可能低，這意味著您的設(shè)備具有接近純凈的信號，因此它的諧波不太可能導(dǎo)致干擾。另一方面，高THD意味著您可能需要重新設(shè)計您的設(shè)計，因為失真可能會對您的信號質(zhì)量產(chǎn)生負面影響或在其他通道中產(chǎn)生干擾。

測量THD也可以作為整體信號性能的有效指標。例如，在放大器中，過大的THD表示諸如削波，增益壓縮，開關(guān)失真或不正確的晶體管偏置或匹配等問題。

      在音頻揚聲器中可以找到一個簡單，真實的諧波失真示例，假設(shè)您正在通過手機播放歌曲，并將其連接到揚聲器。如果揚聲器的內(nèi)部組件 - 放大器和濾波器 - 給我們準確的歌曲再現(xiàn)，那么揚聲器的失真量很小。另一方面，如果揚聲器的內(nèi)部組件給你一個錯誤的歌曲表示，那么它有很大的失真。因此，您希望設(shè)備的THD值盡可能低，以保持良好的信號質(zhì)量。

     諧波失真可能導(dǎo)致的另一個問題是干擾其他信號，由于諧波失真是基頻的諧波（整數(shù)倍）處的不需要的能量，因此失真會干擾在與諧波相同的頻帶中工作的另一個設(shè)備。因此，低THD值也是不太可能發(fā)生干擾的良好指標。

     看到信號的諧波很難觀察，如果手動完成測量它們可能非常耗時，您必須確定所有諧波功率電平，求它們，然后找到設(shè)備信號功率的比率。這是一個麻煩，但是，某些信號分析儀提供內(nèi)置測量功能，可自動為您計算THD。這可以縮短您的測量時間并確保準確計算。

內(nèi)置諧波測量可計算多達10個諧波的THD和結(jié)果。

圖2. X系列信號分析儀上的內(nèi)置諧波測量可快速計算圖1所示相同850 MHz信號的THD。除THD外，測量結(jié)果還顯示多達10個諧波的結(jié)果。

使用圖3所示的諧波測量，您可以自動計算總諧波失真和至多十個諧波的結(jié)果。您所要做的就是設(shè)置基頻，測量將完成剩下的工作。

在每個周期，分析儀對器件的信號及其每個諧波進行精確的零跨度測量。它計算每個諧波的電平，以及信號的總諧波失真，兩者都以dBc表示。我們的示例中使用的諧波失真測量支持從簡單CW到復(fù)雜多載波通信信號的信號。

總結(jié)：

      了解信號的總諧波失真可以幫助您評估設(shè)備是否會對其自身信號或在其他通道中運行的系統(tǒng)造成任何干擾，如果你發(fā)現(xiàn)麻煩的諧波，你將不得不重新設(shè)計你的設(shè)計并使用類似過濾器的東西來調(diào)整它們。