谐波行为由非线性器件引起，会导致在比发射频率高数倍的频率下产生输出功率。由于许多无线标准对带外辐射进行了严格的规定，所以工程师会通过测量谐波来评估RF或FEM是否违反了这些辐射要求。

测量谐波功率的具体方法通常取决于RF的预期用途。对于通用RF等器件备来说，谐波测量需要使用连续波信号来激励DUT，并测量所生成的不同频率的谐波的功率。另外，测量谐波功率通常需要特别注意信号的带宽特性。

使用连续波激励测量谐波

使用连续波激励测量谐波需要使用信号发生器和信号分析仪。对于激励信号，需要使用信号发生器生成具有所需输出功率和频率的连续波。信号发生器生成激励信号后，信号分析仪在数倍于输入频率的频率下测量输出功率。常见的谐波测量有三次谐波和五次谐波，分别在3倍和5倍的激励频率下进行测量。



RF信号分析仪提供了多种测量方法来测量谐波的输出功率。一个直截了当的方法是将分析仪调至谐波的预期频率，并进行峰值搜索以找到谐波。例如，如果要测量生成1GHz信号时的三次谐波，则三次谐波的频率就是3GHz。

测量谐波功率的另一种方法是使用信号分析仪的零展频（zero span）模式在时域中进行测量。配置为零展频模式的信号分析仪可以有效地进行一系列功率带内测量，并将结果以时间的函数形式表现出来。在此模式下，可以在时域上测量选通窗口中不同频率的功率，并使用信号分析仪内置的取平均功能进行计算。

除此之外，在射频开关芯片的测试条件中一般规定了较大的输入功率，因此需要外加射频功率放大器将信号发生器的功率进行放大后给被测器件。

使用高功率模块及矢量信号收发仪VST进行量产测试

在量产测试中，信号分析仪相对较高，因此依然可以使用矢量信号收发仪搭配高功率模块来实现，最大化复用之前测试项所使用的仪器。

VST生成的单音射频信号，经NI的高功率模块（NI 5534）放大，输出功率可达38dBm，放大后的信号经低通滤波达到被测器件，被测器件的输出信号滤除主频成分后，剩下的谐波成分通过辅助开关送入NI高功率模块（NI 5534）的接收路径，经衰减后送入VST。

互调失真理论

为了理解IMD，我们需要回顾一下非线性系统的多音信号理论。虽然单音激励信号会在该信号频率的每个倍数处产生谐波行为，但是多音信号产生的非线性产物需要在更宽的频率范围才会出现。

如图11所示，DUT输出端的二阶失真产物出现在输入信号频率每个倍数的频率处。f2 - f1, 2f1, f1 + f2,和2f2处产生的失真产物包含每个输入音的二次谐波以及两个输入音频率相加和相减频率处的失真产物。

图11：IMD理论三阶失真描述的是一阶基音信号和每个二阶失真产物之间的相互作用。事实上，通过数学计算，可以看到两个特定的三阶失真出现在接近基音频率的频率下。以一个实际应用为例，当DUT发送调制信号时，三阶失真作为带内失真出现在邻近感兴趣频带的地方。

IMD测量描述的是基音和相邻三阶失真之间的功率差的比率，用dB表示。IMD测量的一个重要特征是一阶和三阶失真之间的功率比完全取决于每个音的绝对功率电平。
在许多器件的线性工作区域中，一阶音和三阶失真产物的比率常常很高。然而，随着基音输入功率的增加，三阶失真产物也随之增加。实际上，基音的功率每增加1 dB，互调失真产物会增加3 dB。

理论上，由于三阶失真产物功率的增加速度会比基音功率增加的速度更快，所以两种类型的信号在功率电平上最终相等，如图18所示。从理论上来讲，基音和三阶失真产物功率相等的点为截断点，这个点也称为三阶截点（TOI或IP3）。

使用PXI信号分析仪测量IMD和TOI

互调失真（IMD）和三阶截点（TOI）是NI-RFSA软件前面板（SFP）的内置测量功能。进行这些测量时，可以将信号分析仪的频率设置为以两个基音为中心频率，以确保可以看见高于本地噪声的三阶失真产物。在NI-RFSA SFP上选择检测音，生成测量结果。NI-RFSA SFP会自动识别基音的功率差以及三阶失真产物的功率差，并显示正确的测量结果。

图12： 基音信号功率每增加1 dB，三阶失真产物功率增加3 dB实际上，IP3/TOI是计算所得而非测量所得的结果。一阶产物和三阶产物之间的功率增加比是3:1，利用以下公式可以计算出IP3。


TOI是衡量射频前端性能的重要指标，因为IMD比率取决于功率电平。TOI的测量将IMD性能的要素与绝对功率电平相结合，并通过一个数字来表示性能。

IMD测量配置

根据IMD测量理论，执行该测量需要双音激励信号。在大多数应用中，配置双音激励信号的首选方法是将RF信号发生器连接至RF功率组合器，如图13 所示。

图13：IMD测量需要连接至功率组合器的两个信号产生器由于IMD是一种常见的测量方式，许多RF信号分析仪具有内置测量功能来测量IMD或IMD/TOI。事实上，NI-RFSA SFP可以自动检测基音和三阶失真产物，并计算出IMD比。