諧波失真的四個(gè)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(hào)，每個(gè)真實(shí)信號(hào)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(hào)失真有多少是由諧波引起的。這些諧波是在信號(hào)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(shí)際系統(tǒng)中，非線性是由增益壓縮，晶體管開關(guān)或源 - 負(fù)載阻抗不匹配引起的。

一個(gè)850 MHz信號(hào)，兩側(cè)都有明顯的諧波。

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

 要計(jì)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(hào)功率之比：

要計(jì)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(hào)功率之比。得到的THD以dBc表示。

為什么以及何時(shí)測量THD
      當(dāng)您確認(rèn)信號(hào)表現(xiàn)符合預(yù)期時(shí)，THD通常在設(shè)計(jì)驗(yàn)證和故障排除期間進(jìn)行表征，您的THD將指示您的設(shè)備周圍的諧波是否會(huì)影響您的信號(hào)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(hào)，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(jì)您的設(shè)計(jì)，因?yàn)槭д婵赡軙?huì)對(duì)您的信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)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(hào)性能的有效指標(biāo)。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(yáng)聲器中可以找到一個(gè)簡單，真實(shí)的諧波失真示例，假設(shè)您正在通過手機(jī)播放歌曲，并將其連接到揚(yáng)聲器。如果揚(yáng)聲器的內(nèi)部組件 - 放大器和濾波器 - 給我們準(zhǔn)確的歌曲再現(xiàn)，那么揚(yáng)聲器的失真量很小。另一方面，如果揚(yáng)聲器的內(nèi)部組件給你一個(gè)錯(cuò)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(hào)質(zhì)量。

     諧波失真可能導(dǎo)致的另一個(gè)問題是干擾其他信號(hào)，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(huì)干擾在與諧波相同的頻帶中工作的另一個(gè)設(shè)備。因此，低THD值也是不太可能發(fā)生干擾的良好指標(biāo)。

     看到信號(hào)的諧波很難觀察，如果手動(dòng)完成測量它們可能非常耗時(shí)，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(hào)功率的比率。這是一個(gè)麻煩，但是，某些信號(hào)分析儀提供內(nèi)置測量功能，可自動(dòng)為您計(jì)算THD。這可以縮短您的測量時(shí)間并確保準(zhǔn)確計(jì)算。

內(nèi)置諧波測量可計(jì)算多達(dá)10個(gè)諧波的THD和結(jié)果。

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

使用圖3所示的諧波測量，您可以自動(dòng)計(jì)算總諧波失真和至多十個(gè)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(gè)周期，分析儀對(duì)器件的信號(hào)及其每個(gè)諧波進(jìn)行精確的零跨度測量。它計(jì)算每個(gè)諧波的電平，以及信號(hào)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(hào)的信號(hào)。

總結(jié)：

      了解信號(hào)的總諧波失真可以幫助您評(píng)估設(shè)備是否會(huì)對(duì)其自身信號(hào)或在其他通道中運(yùn)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(jì)你的設(shè)計(jì)并使用類似過濾器的東西來調(diào)整它們。