マルチオクターブ環境では2次相互変調歪み（IMD2）がノイズフロアを上回る？｜用語集

マルチオクターブ環境では、2次相互変調歪み（IMD2）がノイズフロアを大きく上回り、システム性能を支配する深刻な要因になります。

単一オクターブ（比帯域が2倍未満）のシステムであれば、2次歪み（f1 ± f2 や 2f1 など）は通常、目的の帯域外に落ちるためフィルタで除去可能です。しかし、マルチオクターブ設計ではこれが「帯域内」に直接入り込みます。

1. なぜマルチオクターブでIMD2が問題になるのか

広帯域（例：500MHz ～ 2GHz）をカバーするレシーバーを想定すると、以下のスプリアスが致命的となります。

和の成分 (f1 + f2): 例えば 600MHz と 700MHz の信号が入った場合、その和である 1.3GHz は受信帯域内に位置します。
差の成分 (f2 - f1): 近接する高周波信号同士（例：1.9GHz と 1.8GHz）の差である 100MHz は、ベースバンド付近やIF帯域のノイズフロアを押し上げます。
第2高調波 (2f): 600MHz の信号の 1.2GHz 成分も帯域内です。

2. IMD2がノイズフロアを上回るメカニズム

IMD2は入力電力 (Pin) に対して1:2の傾きで増加します。これに対し、3次歪み（IMD3）は1:3の傾きです。

小信号入力時: 通常、IMD2は非常に小さくノイズフロア以下に隠れています。
大信号（妨害波）入力時: 入力レベルが上がると、IMD2は急速に増大します。特にミキサーやアンプの IIP2（2次入力インターセプト・ポイント） が十分に高くない場合、熱雑音（-174dBm/Hz + NF）を容易に突き抜けてスプリアスとして出現します。

3. 回路設計における対策のポイント

マルチオクターブ・レシーバーでIMD2を抑え込むには、3次歪み対策とは異なるアプローチが必要です。

A. 完全差動（フル・ディファレンシャル）回路の採用

2次歪みは「偶数次」の歪みであるため、回路を完全に差動化（バランス型）することで、理論的には同相成分としてキャンセルできます。

ミキサーにはダブルバランス型を使用する。
ADC直前のドライバ・アンプの対称性を極限まで高める。

B. 高いIIP2特性を持つコンポーネントの選定

一般にRFコンポーネントはIIP3に比べてIIP2の管理が難しい傾向にあります。

ダイレクト・コンバージョン（ゼロIF） 方式では、IMD2（ $f_2 - f_1$ ）がDCオフセットやベースバンド・ノイズとして現れるため、非常に高いIIP2（ $+50\text{dBm}$ 以上など）が要求されます。

C. デジタル補正（Post-ADC Calibration）

アナログ段で取りきれない歪みは、デジタル信号処理で相殺します。

入力信号の二乗成分を推定し、逆位相で減算するアルゴリズムをFPGA等で実装します。

まとめ

マルチオクターブ環境におけるレシーバー設計では、「IMD2はフィルタで切れない」という前提に立つ必要があります。シングルオクターブ設計ではIMD3（SFDRの主因）だけを気にすれば済みますが、広帯域設計ではIIP2の確保と回路の平衡度（Balance）が、ノイズフロアを維持するための最優先事項となります。

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