IEC 62037-62021 无源射频和微波器件互调电平测量第6部分天线中无源互调的测量标准立项发展报告

无源射频和微波器件互调电平测量第6部分：天线中无源互调的测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PassiveRFandmicrowavedevices,intermodulationlevelmeasurement-Part6:Measurementofpassiveintermodulationinantennas摘要随着第五代移动通信（5G）及未来第六代移动通信（6G）技术的迅猛发展，天线作为无线通信系统的关键前端部件，其无源互调（PassiveIntermodulation,PIM）性能对通信质量的整体影响日益凸显。无源互调产物会显著降低接收灵敏度、干扰频谱资源，严重制约高速率、大容量通信系统的性能发挥。为统一全球范围内天线无源互调测量的技术规范，国际电工委员会（IEC）于2021年11月正式发布了IEC62037-6:2021《无源射频和微波器件互调电平测量第6部分：天线中无源互调的测量》标准。该标准作为IEC62037系列标准的重要组成部分，系统规定了天线部件和整机在无源互调测量中的测试环境要求、测量系统配置、校准方法、测试程序及结果判定准则。本报告就该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、国内外对标分析及应用前景进行系统论述，旨在为标准使用者提供全面的技术指引和参考依据。报告指出，该标准填补了国际范围内天线无源互调专项测量标准的空白，对于推动天线产业链质量提升、促进国际贸易互认以及支撑新一代移动通信系统部署具有重要的基础性支撑作用。关键词：无源互调；天线测量；射频器件；IEC62037；国际标准Keywords:PassiveIntermodulation;AntennaMeasurement;RFDevices;IEC62037;InternationalStandard1引言1.1标准立项背景无源互调（PassiveIntermodulation,PIM）是指当两个或两个以上频率的射频信号通过无源器件（如天线、电缆、连接器等）时，由于器件本身的非线性特性（如金属-氧化物-金属结效应、铁磁效应、接触非线性等），产生新的频率分量的物理现象。这些互调分量落入接收频段时，将直接恶化系统的接收信噪比，严重时甚至导致通信链路中断。近年来，随着通信系统向高频段、大带宽、多制式共存方向演进，无源互调问题愈发突出。特别是在5G大规模多输入多输出（MassiveMIMO）天线系统中，天线单元密度大、发射功率高，互调干扰问题尤为严峻。此外，在卫星通信、雷达系统以及航空电子等高端应用领域，对无源互调指标的要求也日臻严格。然而，长期以来国际上缺乏针对天线这一特定无源器件的专门测量标准，各制造商、运营商和检测机构之间在天线无源互调的测量方法、环境条件和判定准则上存在较大差异，导致测量结果缺乏可比性和可复现性，这一问题严重制约了产业链的协同发展和技术进步。1.2标准立项意义本标准的制定与发布具有多重重要意义。首先，它为天线无源互调性能的评估提供了统一的国际技术语言，有助于消除贸易技术壁垒，促进天线产品的国际流通和互认。其次，标准规定的系统化测量方法和条件要求，为天线设计和制造过程中的质量控制提供了科学依据，能够有效推动天线产品PIM性能的整体提升。再次，该标准为通信运营商在基站天线选型和网络优化中的PIM指标评估提供了权威参考，有利于保障通信网络的整体服务质量。2标准编制概况2.1标准基本信息IEC62037-6:2021由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）下属的第46技术委员会（TC46：电缆、电线、波导、射频连接器、射频和微波无源元件及附件）归口管理。该标准为IEC62037系列标准的第6部分，于2021年11月23日正式发布，标准状态为现行有效。标准文本以英语和法语两种官方语言出版，并同时提供电子版（加密PDF格式）。IEC62037系列标准结构如下：-IEC62037-1:通用要求和定义（Generalrequirementsanddefinitions）-IEC62037-2:同轴电缆组件中无源互调的测量-IEC62037-3:连接器中无源互调的测量-IEC62037-4:同轴电缆中无源互调的测量-IEC62037-5:滤波器中无源互调的测量-IEC62037-6:2021:天线中无源互调的测量（本部分）-IEC62037-7:大功率无源互调测量的实验室条件-IEC62037-8:无源互调测量的低衰减高功率空气介质同轴线2.2标准主要起草单位及过程该标准由IECTC46下属工作组（WG）负责起草。参与标准编制的单位涵盖全球主要的通信设备制造商、天线制造商、检测认证机构及科研院所，包括来自中国、德国、美国、日本、韩国等国家的技术专家。标准编制过程历经多轮草案讨论、实验室间比对验证（RoundRobinTest）和国际投票等阶段，从项目立项到正式发布历时约三年时间。其间，各国专家围绕天线特殊测试环境下的测量不确定度、多端口天线（如MassiveMIMO天线）的测量方法、天线整机与子部件不同层级测量的适用性等关键技术问题进行了深入研讨和技术验证。3标准核心技术内容3.1适用范围IEC62037-6:2021规定了天线及其相关无源部件在无源互调电平测量中的方法、条件和判定要求。该标准适用于工作频率范围覆盖射频至微波频段（通常指几十兆赫兹至几十吉赫兹）的各种类型天线，包括但不限于：基站通信天线、室内分布天线、卫星通信地面站天线以及作为系统组成部分的天线阵列。标准适用于天线产品开发阶段的型式试验、批量生产中的质量一致性检验以及工程安装后的现场验证等不同应用场景。3.2测量系统配置要求标准对天线无源互调测量系统提出了明确的配置要求。测量系统通常由两个或两个以上射频信号源、功率放大器、合路器、带通滤波器、被测天线（DeviceUnderTest,DUT）、低互调负载、接收机和频谱分析仪等组成。具体而言，标准要求信号源应具备高频率稳定度和低相位噪声特性，功率放大器需提供足够的激励功率且自身引入的互调产物应远低于被测指标。合路器用以将不同频率的载波信号有效合并，带通滤波器用于抑制信号源和功放产生的杂散分量，防止其对测量结果产生虚假贡献。为确保系统本底互调足够低，标准推荐使用高性能低互调负载作为系统验证的基准。3.3测量环境条件测量环境对天线无源互调测量结果的影响极为显著，标准对此给予了充分的关注和严格的规定。标准明确要求在电磁屏蔽室或屏蔽暗室内进行测量，以有效抑制环境电磁干扰对微弱互调信号检测的影响。同时，被测天线周围不得存在除规定支撑结构之外的其他金属物体或非线性物体，以避免附加互调产物的产生。温度和湿度条件同样是影响无源互调测量结果的重要因素。IEC62037-6:2021规定，测量应在标准大气条件下进行，即环境温度23°C±5°C，相对湿度不超过75%。对于有特殊环境适应性要求的天线产品，可依据相关产品规范在更宽的温度范围内进行附加测量，以评估天线无源互调性能在不同环境条件下的稳定性。3.4测量方法标准规定的天线无源互调测量方法主要包括反射法（ReflectionMethod）和传输法（TransmissionMethod）两大类。反射法是测量天线无源互调最常用的方法。该方法将两个高功率载波信号通过双工器或定向耦合器馈送至被测天线，当天线自身存在非线性时，将产生反射互调信号。该互调信号经双工器分离后由接收机进行检测和电平测量。反射法适用于单端口天线的测量，操作相对简便，是目前工程应用最为广泛的测量配置。标准对反射法测量中双工器的隔离度要求、载波功率的校准方法、互调产物的检测带宽等均给出了明确规定。传输法适用于双端口或多端口天线（如收发共用天线、双极化天线等），通过测量从一个端口馈入的载波信号经天线传输后在另一个端口产生的互调信号来评估天线的PIM性能。传输法能够更全面地反映天线内部多路径传输条件下的互调产生特性，尤其适用于评估天线内部不同辐射单元之间由于共用结构（如共用反射板、馈电网络等）而产生的互调产物。3.5测量不确定度评估IEC62037-6:2021对测量不确定度的评估给予了系统性规定。标准要求测量结果应附带相应的不确定度分析，以表征测量结果的可靠程度。不确定度来源主要包括：载波功率校准误差、系统本底互调的漂移、合路器和双工器的隔离度有限性、电缆和连接器的附加互调贡献、频谱分析仪的幅度测量精度以及环境温度和湿度变化的影响等。标准推荐采用《测量不确定度表示指南》（GUM）所规定的方法进行不确定度评定。合理评定测量不确定度对于天线PIM指标的合格判定至关重要，特别是在指标限值与测量结果接近的情况下。4主要参与单位介绍在本标准的制定过程中，全球多家知名企业和研究机构做出了重要技术贡献。以下重点介绍一家在标准编制中发挥核心作用的主要参与单位。4.1单位概况罗森伯格（Rosenberger）是一家总部位于德国弗莱多芬（Fridolfing）的国际领先的通信连接技术企业，成立于1958年，在全球拥有超过13,000名员工。该公司专注于射频连接技术、光纤连接技术以及汽车电子连接技术的研发与制造，在通信基础设施、数据中心、测试与测量以及汽车电子等领域具有广泛的市场影响力。在天线与馈线系统领域，罗森伯格提供从连接器、电缆组件到无源互调测试系统在内的完整解决方案。4.2在本标准中的贡献罗森伯格是全球无源互调测量技术领域的重要推动者之一，拥有超过二十年的无源互调测量系统研发和应用经验。该公司研发的低互调连接器及测试系统产品在行业内被广泛用作参考基准。在IEC62037-6:2021的编制过程中，罗森伯格承担了以下关键工作：1.作为工作组核心成员单位，深度参与了标准技术框架的讨论和制定，特别是在测量系统本底互调控制、低互调测试电缆组件的设计与验证方面贡献了大量一手实验数据和工程经验。2.主导了实验室间比对验证（RoundRobinTest）项目的设计与实施，为验证标准所规定的测量方法的可重复性和可复现性提供了有力的实验支撑。该比对试验涉及全球多个参与实验室，测量结果表明在遵循标准规定的测量条件下，各实验室间的测量偏差控制在合理范围内，验证了标准方法的可靠性和可执行性。3.在标准文本的修订和完善阶段，对测量系统的标定程序、不确定度评估方法等技术内容提供了大量修订意见和建议，为最终形成具有高度工程可操作性的技术规范发挥了积极作用。罗森伯格在无源互调测量技术方面的长期技术积累和产业实践经验，为该标准的科学性和实用性提供了重要保障。5国内外技术对比分析5.1国际标准体系对比在国际标准层面，除IEC62037-6:2021外，美国材料与试验协会（ASTM）也发布了相关的无源互调测量标准。其中，ASTMF2887《用于评估射频器件无源互调产物的标准实施规程》与IEC62037系列标准在整体框架和测量原则上较为相近，但在具体技术细节上存在若干差异。IEC62037-6:2021以天线为专项对象，在测试环境控制、天线安装条件、多端口天线测量方法等方面进行了更为细致的规定，而ASTM标准更侧重于通用射频元器件的测量实施规程，对天线专项适配性不足。5.2国内技术发展状况在国内层面，与天线PIM测量相关的标准主要参考了IEC62037系列的要求。通信行业标准YD/T3554-2019《移动通信基站无源器件互调电平测试方法》针对基站无源器件包括天线提出了测试方法的指导性要求，其总体框架与IEC62037-6:2021保持一致，但在测量频率范围覆盖、天线类型适配、多端口天线切换测量等具体技术规定方面还需进一步细化完善。在5G大规模天线（MassiveMIMO）PIM测量的工程实践方面，国内主要天线制造商和电信运营商积累了一定的测试数据和工程经验，在测量系统的自动化控制和数据处理方面形成了若干企业规范和内部标准，为后续国内标准的制定和修订奠定了实践基础。5.3标准协调与互认前景IEC62037-6:2021作为国际电工委员会发布的标准，在国际贸易中具有广泛的认可度。随着该标准的深入推广实施，各国在天线PIM测量的技术要求方面将趋于一致，有望逐步实现测量结果的国际互认。中国作为全球最大的天线制造和出口国家之一，积极参加IEC标准制定工作并推动国内标准与国际标准的协调一致，对于提升国产天线产品的国际竞争力和市场准入能力具有重要的战略意义。6结论与展望IEC62037-6:2021《无源射频和微波器件互调电平测量第6部分：天线中无源互调的测量》作为国际上首部专门针对天线无源互调测量的系统性技术标准，填补了该领域的标准化空白。该标准在IEC62037系列框架的基础上，紧密结合天线产品的结构特点和应用场景，从测量系统配置、环境条件控制、测量方法选择到不确定度评估等方面建立了完整的规范体系，为全球天线产业的无源互调性能评估提供了统一的技术基准。展望未来，随着5G-A（5G-Advanced）和6G通信技术的持续推进，天线系统将不断向更高频率、更大带宽、更高集成度和智能化方向演进。在有源天线单元（AAU）一体化集成和太赫兹频段应用的发展趋势下，有源器件与无源结构混合条件下互调产物的表征与测量将面临新的技术挑战。IEC62037系列标准预计将根据技术和产业发展的需求适时进行修订和扩展，增加针对新型天线架构（如超表面天线、可重构天线等）的PIM测量指导内容。同时，随着人工智能和数字化测试技术的融合发展，基于机器学习的自适应测量校准和智能不确定度分析技术有望在未来的标准修订中得到引入和应用。参考文献[1]IEC62037-6:2021,PassiveRFandmicrowavedevices,intermodulationlevelmeasurement-Part6:Measurementofpassiveintermodulationinantennas[S].Geneva:InternationalElectr