Passive Intermodulation in Passive Radio Frequency Filters

Abstract

The objective of this this Bachelor’s thesis was to study the passive intermodulation distortion generated in nonlinear radio frequency filters. The thesis was commissioned by OY LM Ericsson AB site in Oulu. The first aim of this thesis was to build a measurement setup with high dynamic range so that intermodulation products can be reliably measured. The second aim was to compare how well the obtained measurement results would match theoretical third order passive intermodulation models.

Firstly a measurement setup for two-tone measurements was built from laboratory radio frequency components. Two test signals were created, combined and fed to the input port of the device under test. These two high power signals create spurious signals called intermodulation products when they are fed to a nonlinear device. A power sweep measurement was done for nine different radio frequency filters and intermodulation product levels were measured under different temperatures using three different tone spacings.

A study of filter types and causes of passive intermodulation distortion was required in order to properly analyse the results. Component choices for the measurement setup were explained. The linearity and sensitivity of the measurement setup was also checked.

The measurement setup with a high dynamic range and good linearity was built. The passive intermodulation distortion was measured and characterized for nine radio frequency filters successfully. The results were compared to theoretical models and analysed from several points of view. Overall intermodulation products in all nine filters behaved like expected. The analysis showed that the measured data fit passive intermodulation models well and the measurements were done accurately.

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia passiivista keskeismodulaatiota, joka syntyy epälineaarisissa radiotaajuus suodattimissa. Opinnäytetyön aiheen tarjosi OY LM Ericsson AB ja työ tehtiin Ercissonin Oulun toimipisteellä. Ensimmäinen tavoite oli suunnitella testiympäristö isolla dynaamisella alueella, jotta keskeismodulaatiosignaalit saadaa luotettavisti mitattua. Toinen tavoite oli verrata mitattuja tuloksia teoreettisiin kolmannen asteen keskeismodulaatio malleihin ja tutkia mi-ten hyvin ne vastaavat niitä.

Aluksi koottiin testiympäristö laboratorio käyttöön tarkoitetuista radiotaajuus komponenteista. Testiympäristöllä luotiin kaksi testisignaalia, jotka yhdistettiin ja syötettiin testattavana olevan suodattimen sisääntuloon. Epälineaarisissa komponenteissa muodostuu ei-toivottuja summataajuuksia, kun kaksi isotehoista signaalia, jotka ovat lähellä toisiaan taajuustasossa, syötetään komponentin sisääntuloon. Yhteensä yhdeksän suodattimen keskeismodulaation tehotasot mittattiin, kol-messa eri lämpötilassa, kolmella eri testisignaalien kaistanleveydellä, usealla eri testisignaalien tehotasolla.

Taustatutkimusta tehtiin mittauksissa käytetyille suodatinteknologioille ja keskeismodulaation syntytavoille. Testiympäristöstä tutkittiin sen omaa lineaarisuutta ja mittausherkkyyttä. Työssä saatiin koottua tarpeeksi herkkä testausjärjelmä, jolla mittaukset saattin luotettavasti suoritettua. Mitattuja tuloksia verrattiin teoreettisiin malleihin useasta eri näkökulmasta. Lopputulokseksi saatiin varmistus, että keskiesmodulaatio mitatuissa komponenteissa noudattaa teoreettista kolmannen asteen mallia.