低互调无源产品设计规范

1、现代滤波器设计讲座序言n本讲座试图给出减少滤波器、双工器、合路器和塔顶放大器（tower mounted amplifier ）等产品无源交调(pim-passive intermodulation)的设计规范。遵循这些规范，设计师可以设计出低pim产品。设计规范涉及4类问题：q金属接触；q铁氧体材料；q电镀q其它金属接触n有电流通过非理想金属接触处会产生pim（无缘交调）。一般有3种方法来防止pim：q减少关键区域中的电流密度q提高金属的接触质量（螺钉处的接触和焊点处的接触）q从pim的产生和测量来考虑增加隔离a)减少关键区域中的电流密度的方法n避免调谐螺钉过长。采用更高的谐振器或阶梯阻抗谐

2、振器。n如果调谐螺钉必须深入谐振器，可以考虑增加谐振器内部开孔的直径。n避免耦合调谐螺钉 过长(距离腔体底部过近)。如果需要可以开更大的耦合窗口或者使用固定的基座。n把耦合螺钉放置在耦合窗口的中间位置（即使这意味着调谐范围会更小）。a)减少关键区域中的电流密度的方法n谐振器的调谐螺钉要放置在中心 ；n使用m5的调谐螺钉比m3的更好； n把谐振器放置在适当的位置（腔体几何形状的重心附近）来使腔体壁上和谐振器自身的表面电流最小。a)减少关键区域中的电流密度的方法n在那些电流大的区域避免尖锐的边缘，这些尖角也使电镀变困难。q 耦合窗口q方形谐振器a)减少关键区域中的电流密度的方法a)减少关键区域中的

3、电流密度的方法n连接线。在可能的情况下，连接线使用圆柱形比带状更好。如果只能用带状，最好把边倒圆角。n谐振器顶部 (阶梯阻抗谐振器中间)a)减少关键区域中的电流密度的方法n谐振器和腔体连接的跟部n腔体内部n尽可能使用大的腔体。天线结点附近的腔体要用更大的尺寸。n连接线尽可能用更粗或更宽的（例如接头导线、同轴线、带状线、输入输出抽头）。在低通滤波器高阻抗段避免直径太小(1.5 mm)；n接头导线、同轴线和带状线尽可能尝试使用连贯和均匀的形状n避免使用分段的谐振器。如果为了温度补偿一定要用分段谐振器，需要使用尽可能高的基座（以减少不连续区域中的电流）。尽管其它谐振器都是分段的，第一个谐振器（靠近天

4、线结点的那个谐振器）也可以考虑不使用分段结构（但是对窄带滤波器而言这几乎是不现实的）。分段谐振器直径不能太小（1/4腔体尺寸）。n设计腔体时，尽量选用最大可用的高度。n避免小的间隙（检查耦合螺钉与窗口底部和耦合螺钉与交叉耦合结构之间的距离）n耦合结构尽量简单，实现一组对称的传输零点，尽量采用1个cq结构的交叉耦合而不是2个ct结构来实现。b)提高关键区域接触质量（螺钉处的接触和焊点处的接触的方法）n固定盖板的螺钉孔与滤波器壳体之间要留有间隙。n用平锥头螺钉固定盖板要优于平头螺钉。同时考虑使用更粗的固定螺钉。n确保滤波器上每个固定螺孔周围有足够的材料包裹n减小盖板与滤波器壳体顶部之间接触的多余区

5、域，可以去掉无用的材料，也可以改变腔体的形状。n避免平行排列的盖板螺钉之间的距离过近。如果不能避免，要指定拧上盖板螺钉的路径/顺序。n避免盖板与滤波器顶部的接触区域太薄（3mm），尤其在盖板边缘处。n在滤波器的顶部有长而薄的排骨状的结构，固定螺钉无法放置的地方挖去一些材料（例如1mm）n减少存在电流的金属-金属的接触区域n端面接触区域使用环形凸台。n分段谐振器底部去掉一部分金属材料，减少接触面积。q在上面一节谐振杆上挖一个槽；n在两个金属结构接触的表面采用精密加工，例如：q滤波器盖板q加载谐振器 n在那些表面电流较强的地方设置固定盖板的螺钉。q距离谐振器最近的位置q耦合窗口边缘附近的位置q尽可

6、能在低通滤波器的高阻抗线附近的位置q与垂直放置的传输线一致的位置n在关键区域使用足够多的固定螺钉来确保盖板盖紧（一般而言不超过15mm）n要注意妨碍正常接触的部分，务必要留出足够的机械装配公差，例如：q谐振器基座q围绕接头的涂料 n焊点的数量尽可能少。考虑用螺钉式的结构或者一体化的解决方案。q耦合窗口可以代替耦合环q用抽头线或者焊接回路代替螺钉连接。q考虑采用一体式的接头n在滤波器腔体上尽量避免使用感应焊焊接。n使焊点容易操作和检查，并且焊锡很容易流向焊点周围。n避免两个（或多个）焊点离的太近。c)减少无源互调泄露的方法 n把有高的过电压和电流的tx腔体放置在tx输入端口附近（典型的是一些有较

7、强负交叉耦合的腔体）n把有高的过电压和电流的rx腔体放置在rx输出（lna）端口附近（通常是一些有较强正交叉耦合的腔体）n建议不要把低通滤波器放置在公共结点和天线端口之间。把低通滤波器放置在tx输入端口之前，如果对rx有带外要求，可以在rx输出（lna）端口之后再放置一个单独的低通滤波器。这个原则不适用于tmas (塔顶放大器),因为在这种情况下ant（天线）和bts（基站收发台）都有pim的要求。n把pim泄露的可能性降到最低。我们可以增加固定螺钉的数量，或者使用分离的盖板，或者减小边界的长度来降低泄露的可能性。一般而言潜在的泄露发生在以下几种边界处：qrx和tx滤波器之间的边界q天线连接线

8、和tx滤波器之间的边界q偏执电路和tx滤波器之间的边界铁磁材料n如果表面有铁磁材料，它可以吸收大部分的电流并产生pim。当在rf滤波器中使用这种材料时要特别注意。q螺钉q其他部分a) 螺钉n用镀银的螺钉（不用钢制的螺钉或其他铁磁材料）来固定滤波器腔体中的以下部分：q用ultem支撑的探针q用ultem支撑的传输线q一种代替焊接的输入输出抽头q一种替代耦合环的正的交叉耦合线注：注：ultem是是美国通用公司生产的聚醚酰亚胺（pei）塑料n如果q谐振器开孔深度不够（5mm）q在固定螺钉周围谐振器有打通的开孔n需要使用镀银的固定螺钉（不用钢制的螺钉或其他铁磁材料）来固定分段谐振器，n另外，也可以考虑

9、在腔体底部安装谐振器的固定螺钉。n避免钢制的螺钉（例如固定接头的螺钉、固定pcb板的螺钉）直接伸入腔体内部。可以用小的基座把螺钉包起来。b) 其他部分n使用分段谐振杆结构的时候，谐振器的材料选用黄铜而不用钢。电镀n避免表面有凹凸的棱角。这些区域电镀会很困难。n 选择合适成分和厚度的电镀。如果必须要用镍打底，那么只镀一个薄层或者用无磁性的（磷的）镍。在低imd（交调失真）的环境下铁磁材料上面的涂层厚度至少要有4-5倍趋肤深度的厚度。n 试着让电镀的厚度分布均匀一些。尽可能避免用长的或者深的孔和槽。可以打开一些外壁让电镀更容易一些。其他n让有源和无源的pim（例如低噪放、隔离器、防雷电路、表面贴装器件、集总元件等）在tx频段有足够的衰减n在两个双工器的结构中尽可能分离的盖板。为了维护