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关于无源互调PIM的几点小结

 Aaron王华民 2018-04-25

在前一段帮一同事完成总部公司的漏缆监测项目时,发生了一件有趣的事情。当整个模块的功能要求和常规RF指标要求满足时,欧洲总部又提出一项指标:无源互调要优于-110dbm。


傻了。完全没概念啊,这个名词是我硕士二年级之前接触过,而且仅仅是印象啊!查吧,首先是两段文字,当然这些都是选自百度百科里的。


“在无线通信系统中,随着固定带宽内需要通过的语音和数据信息日益增加,无源互调成为了限制系统容量的一个重要因素。如同在有源器件中一样,两个或更多的频率在非线性器件中混合在一起便产生了杂散信号——无源互调。当杂散互调信号落在基站的接收频带内,接收机的灵敏度就会降低,从而导致通话质量或系统载波干扰比(C/I)的降低,和通信系统的容量减少。

正向互调测量示意图


反向互调测量示意图


无源互调由许多因素引发,其中包括:机械接触不良、射频通道中包含的磁性导体和射频传导面的污染等等。虽然精确预计器件的无源互调电平比较困难,但是我们可以用测量的数据来表征器件。因为无源互调的性能会随着结构上的微小改变而变化,因此制造商应该对应用在基站中的射频器件进行100%的检查,以确保器件的无源互调始终维持在合格范围。”——百度“无源互调”


“无源互调(Passive Inter Modulation,PIM)效应是HPM(High Power Microwave,高功率微波)效应的一种,在HPM条件下,HPM通过不同的耦合途径进入电子系统,由于其大功率特性,使传统的无源线性器件产生较强的非线性效应,部件和系统的非线性特性也会变得更加明显,导致更为严重的PIM问题,进而影响整个系统的性能。这使得对PIM效应的分析研究显得尤为重要。


无源器件的反向互调测量


PIM的测量是PIM问题中一个重要的研究方向,一方面测量所得的数据可以用来进行高阶PIM的预测;另一方面,为研究无源部件的PIM机理提供实验数据。
         

测量系统的特点:从原理上来看,PIM的测量方法与有源部件的互调测量方法类似,但是由于PIM自身的特殊性,其测量系统的结构更复杂,要求也更高。一般地,PIM测量系统应具有以下特点:
        

(1)大功率信号源:PIM的测量是大功率测量问题,一般需要以高于工作功率电平2~4倍的功率进行测量,微波功率高达上百瓦甚至几千瓦。
        

(2)高灵敏度接收机由于PIM的功率电平一般都非常低,对测量系统的灵敏度要求很高。
        

(3)低PIM组件:PIM测试系统的组成部件本身必须是高性能、低PIM的。专用的合成器、定向耦合器、滤波器等产生的PIM电平必须控制在被测件PIM电平的-6dB以下,连匹配负载都要采用不产生PIM的特殊负载,以保证整个测试系统能够正常工作。
       

 (4)PIMP(Passive Inter Modulation Product,无源互调产物)与环境温度有关,并随着时间发生变化,因此需要进行长时间的温度循环试验。
        

(5)此外,PIM测量系统与频率和带宽的相关性很强,测量系统难以通用,一般需要根据测试目的进行专门的制作。同时,不仅要测量无源部件的PIM产物,还要能够对天线和整星进行测量。因此,如何设计一个低PIM的测量系统是进行PIM测量首先必须解决的问题。”——百度“PIM”


很长,但是很明确。其产生原因和解决办法。并且可以看出来,和有源器件的三五阶交互调一样,都会存在类似


这样的东西,当然详细的可以去查一下三阶产生的原因。三阶产生的数学表达式,描述了f’和f‘’两个频点是出现三阶的地方,也是需要测试的地方。老工程师给我的测试建议和方法和测试功放一样,必然不精确,目前也没什么很好的方法。


留下目前的几点经验:


1.PCB级要在RF板的微带线两边引入接地,最好不要单纯的只是一根线而不去选择顶层地,测试结果表现顶层地会改善一些PIM。


2.安装时底层接地良好,SMA要焊正且牢固固定。


3.板内,微带线如需要电容,尽量用Q值小的,其选频效果要稍好一些,可想不通同事和我说,村田的LLL系列宽带电容在使用上不太满意。


4.温度和测试环境对PIM的测试影响大,PIM的跳跃非常厉害,所以目前只能取最差点作为记录点。





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