GBT 21021.6-2026 无源射频和微波元器件的互调电平测量 第6部分：天线的无源互调测量标准立项发展报告

无源射频和微波元器件的互调电平测量第6部分：天线的无源互调测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PassiveIntermodulationLevelMeasurementofPassiveRFandMicrowaveComponents—Part6:MeasurementofPassiveIntermodulationinAntennas摘要关键词：无源互调；天线测量；互调失真；射频元器件；标准化；电磁兼容；PIM测试Keywords:PassiveIntermodulation;AntennaMeasurement;IntermodulationDistortion;RFComponents;Standardization;ElectromagneticCompatibility;PIMTesting一、引言1.1研究背景无源互调是指由无源器件（如天线、滤波器、连接器、馈线等）的非线性特性所产生的互调干扰信号。在无线通信系统中，当多个高功率载波信号经由无源器件传输时，器件的非线性接触或材料非线性效应会引发新的频率分量，这些分量若落入接收频段，将严重劣化系统的接收灵敏度，影响通信质量。随着基站发射功率密度的提升和频谱资源的日趋拥挤，PIM问题已成为影响系统性能的关键技术难题之一。天线位于无线通信系统的最前端，长期暴露于室外复杂环境中，其结构涉及多种金属材料连接、焊接点和机械接触界面，在振动、温度变化、腐蚀等环境因素作用下，极易产生非线性效应。现有研究和工程实践表明，高性能基站天线的PIM水平若低于-150dBc（以2×43dBm载波测试），在密集组网场景中仍可能造成接收端的互调干扰。因此，准确、可重复地测量天线PIM指标，对于天线设计验证、生产工艺控制、出厂检验及现网故障排查均具有重要的工程意义。1.2国内外标准现状国际电工委员会（IEC）已发布IEC62037系列标准，对射频连接器、电缆组件、滤波器及天线的PIM测量方法作出规定。其中IEC62037-6针对天线的PIM测量因其辐射特性和空间布局的特殊性而面临与传导式器件不同的测量挑战。国内虽已发布GB/T21021《无源射频和微波元器件的互调电平测量》系列标准（对应IEC62037系列），但在本报告所属部分发布之前，针对天线PIM测量的国家标准尚处空白状态。天线产品在设计验证、入网检测和工程验收时缺乏统一的PIM测量方法依据，导致不同厂商之间测量结果的可比性不足。1.3标准立项意义本标准的制定具有三个层面的意义：第一，填补国家标准的体系缺口。GB/T21021系列标准中缺少针对天线这一特殊无源器件的PIM测量专项标准，本标准的制定将使该系列标准在结构上更加完善。第二，服务产业发展的现实需求。2025年中国天线市场规模已超过500亿元，5G-AmassiveMIMO天线、卫星地面终端天线等新型天线产品对PIM指标提出了更为严苛的要求，产业界亟需一份统一、公认的测量方法标准来引导产品研发和质量管控。第三，与国际标准接轨并兼顾国内产业特点。本标准在技术内容上积极采用国际通行方法，同时在测试环境条件、试样安装方式等方面结合国内天线制造和检测的实际需求做出适应性规定。二、标准编制原则与技术内容2.1编制原则本标准的制定遵循以下三项基本原则：（1）协调一致性原则。本部分在体系结构、术语定义、测试原理等方面与已发布的GB/T21021.1（总则）、GB/T21021.2（同轴连接器）等部分保持协调一致，同时在编排格式和表述方法上严格执行GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》。（2）技术先进性原则。标准的技术内容充分吸收3GPP、CTIA等国际行业组织关于天线PIM测试的最新成果，结合当前天线产业的技术发展水平，确保标准所规定的测量方法既反映行业最佳实践，又具备一定的前瞻性和扩展性。（3）可操作性原则。在测量配置、环境条件、试样准备等环节给出了明确而具体的操作路径，兼顾实验室精确测量和产线快速检测两种应用场景，使不同类型的用户均能有效采用。2.2标准的主要内容2.2.1范围与规范性引用文件本标准规定了天线无源互调电平测量的术语和定义、试验条件、测量配置、试验步骤、数据处理及结果报告等技术要求。适用于工作频率覆盖400MHz至67GHz的天线产品，包括但不限于基站天线、室内分布天线、终端天线、卫星通信天线等。同时，本标准也适用于带有天线辐射单元的有源天线阵列中无源部分PIM性能的评估。2.2.2术语和定义在术语方面，本标准除沿用GB/T21021.1所定义的基本术语外，新增了以下关键术语：-天线PIM电平：在规定载波功率和频率配置下，由天线产生的指定阶次互调产物的绝对功率电平值，以dBm表示；-反向互调：互调产物向天线输入端反射传输的分量，是天线反射法测量的主要对象；-PIM余量：天线PIM电平相对于系统接收灵敏度的裕量值，用于衡量天线PIM性能对系统性能的实际影响程度。2.2.3测量原理与方法分类本标准规定了三种测量方法：方法A——反射法：通过双工器/定向耦合器将两个载波信号馈送至待测天线，测量由天线反射回来的互调产物功率。该方法适用于单端口天线，是工业界应用最广泛的测量方法。测试时须对天线端口反射系数和测试系统自身的PIM底噪进行校准，确保测量结果的准确性。方法B——辐射法：在微波暗室中利用辅助发射天线向待测天线辐射两个载波信号，通过接收链路测量待测天线辐射出的互调产物功率。该方法适用于天线阵、反射面天线等多端口或无法直接馈电的试验样品，能够模拟天线在实际工作状态下的PIM产生特性。方法C——传输法：适用于具有收发双端口的天线系统（如双工天线），载波信号自发射端口输入，在接收端口测量互调产物传输电平。该方法可评估天线收发隔离度对PIM性能的影响。2.2.4测量系统与设备要求标准对PIM测量系统提出明确的技术指标要求。测量系统由两个信号源、功率放大器、双工器、接收机和PIM分析单元等组成。信号源的频率稳定度应不低于±0.1ppm，相位噪声在10kHz偏移处应小于-110dBc/Hz。每个载波通道的输出功率应能够达到+43dBm至+46dBm，功率误差不超过±0.5dB。接收机的灵敏度应保证能够测得低于载波功率155dB的互调信号。系统自身的残余PIM应至少低于被测天线预期PIM指标10dB，以避免系统本底对测量结果的干扰。2.2.5天线试样的安装与布置试样安装方式是天线PIM测量结果重复性和可比性的关键影响因素。标准对天线试样在测试环境中的安装方式作出具体规定：-天线应按制造商的安装说明书进行安装，使用指定的紧固件和安装扭矩；-天线应安装在非金属支撑结构或经过验证的低PIM金属支架上，支撑结构本身产生的PIM应低于被测天线预期PIM水平至少10dB；-天线周围应保持足够的净空区域，反射法测试时天线前方距离不小于3m的区域内不得有金属反射体，以避免测试环境反射对测量结果造成干扰；-连接电缆和转接器应选用经过低PIM验证的组件，所有连接界面应清洁并施加规定扭矩。2.2.6测量条件与试验步骤环境条件：标准规定标准大气条件下的PIM测量应在温度15℃～35℃、相对湿度20%～80%的环境中进行。当需要评价天线在不同温度下的PIM稳定性时，可按制造商与用户协商的温度范围在温控箱内进行测试。试验信号配置：GB/T21021.6规定标准的双载波测试信号配置为：两个等功率连续波载波，载波频率间隔为规定的偏移值（通常选择20MHz、40MHz或100MHz等），每个载波输出功率为+43dBm。测试频点应在天线工作频段内均匀选取，至少覆盖低频、中频和高频三个典型频率点，每个频点应测试三阶互调产物（2f₁−f₂和2f₂−f₁）。试验步骤：测量流程包括：系统自校准（系统残余PIM验证）→天线试样安装与检查→在规定频点和功率下进行PIM测量→改变频点或功率重复测量→（可选）天线在不同姿态角下旋转测量→数据处理与记录。2.2.7测量不确定度评定标准引入测量不确定度评定要求，规定在PIM测量过程中应考虑以下不确定度来源：信号源功率校准误差、接收机测量误差、系统残余PIM的贡献、电缆和连接器的损耗不确定性、温度漂移对系统增益的影响等。测量报告应给出扩展不确定度（k=2），以增强测量数据的可信性和可比性。2.2.8结果报告测量报告应至少包含以下信息：被测天线的型号、序列号和外观描述；测量方法（A/B/C）；测量频率和载波功率配置；测试环境条件；测得的PIM电平值及不确定度；测量系统的配置信息和校准记录；测试日期和操作人员信息。2.3关键技术问题说明在标准编制过程中，编制组重点研究和解决了以下关键技术问题。多频段天线的PIM测量频点选取策略问题。现代基站天线普遍采用多频段共口径设计，不同频段的辐射单元和馈电网络相互交织。本标准根据天线频段数量和各频段的工作带宽，规定了测量频点的选取方法：每个频段至少选择3个频点，当频段内载波聚合场景明确时，应按实际CA组合确定互调测试频点。被测天线的阻抗失配修正问题。天线在不同频率下的阻抗匹配状态存在差异，若不进行修正将引入显著的测量误差。标准规定应通过矢量网络分析仪测量天线端口的回波损耗，并对PIM测量结果按照规定的修正方法进行处理。大功率条件下的天线非线性激励问题。天线在极高功率密度条件下可能产生电晕放电或微放电等强非线性效应。标准规定当测试功率超过一定阈值时，应增加功率步进扫描测量以监测PIM突跳现象，评价天线在大功率输入下的PIM稳定性。三、主要起草单位介绍本标准由全国电子测量仪器标准化技术委员会（SAC/TC525）组织起草。该委员会是经国家标准化管理委员会批准设立的全国性专业标准化技术组织，负责电子测量仪器领域国家标准的归口管理和技术审查工作。TC525下设若干工作组，其中无线通信测量工作组具体负责本标准的技术研究和文本编制组织工作。在标准的实际起草工作中，中国电子科技集团公司第四十一研究所作为核心起草单位发挥了关键的牵头作用。中国电子科技集团公司第四十一研究所（以下简称“中电科41所”）是我国电子测试技术领域的骨干研究所，总部位于安徽蚌埠，依托“电子测试技术重点实验室”开展微波毫米波测试计量技术研究，在射频与微波器件测试、通信系统测量、电磁兼容测试等方面拥有深厚的科研积累和丰富的工程经验。中电科41所是国内最早开展无源互调测试技术研究的科研机构之一，自2008年起即着手PIM测试系统的自主研发。经过十余年持续攻关，该所突破了超低残余PIM本底设计、高灵敏度互调信号检测、大功率低PIM信号合成等多项关键技术，研制出具有完全自主知识产权的PIM测试仪和系统解决方案。在技术积累方面，中电科41所拥有国内领先的微波暗室设施和PIM测试验证平台，具备覆盖10MHz～67GHz频段的PIM测试能力。该所建立了PIM基准样件体系和校准方法，可为各类无源器件的PIM测量提供量值溯源支持。近年来该所承担了多项国家级科研项目，包括“毫米波无源互调测试技术研究”、“5G基站天线PIM检测技术及装备研制”等，为标准的编制积累了丰富的一手数据和实践经验。在标准化工作方面，中电科41所是GB/T21021系列标准的主要起草单位之一，深度参与了该系列标准中多个部分的制修订工作。2017年，该所向SAC/TC525提出了制定天线PIM测量部分国家标准的建议，并牵头成立了标准起草工作组。在标准草案的编制过程中，该所组织开展了多轮实验室间比对试验，联合国内主要天线制造商和第三方检测机构对标准中规定的测量方法进行了充分的试验验证。基于试验验证结果，起草组对测量配置要求、安装方法和数据处理流程等关键技术内容进行了多轮讨论和修改完善，最终形成了本标准的送审稿。此外，中国信息通信研究院、京信通信技术（广州）有限公司、华为技术有限公司等单位也作为主要参编单位，为标准中涉及的产业发展需求、工程实践经验和测试验证工作提供了重要支撑。四、标准实施的预期效益4.1产业引导效益本标准发布实施后，将首次在国家标准层面对天线PIM测量的术语定义、测试原理、系统要求、操作规程和数据处理方法进行统一规范。这将有效改善当前各天线制造企业、运营商和第三方检测机构在天线PIM检测中方法不一致、结果不可比的问题，显著提升PIM测量数据的有效性和可比性。4.2质量提升效益通过建立统一、严格的PIM测量方法标准，将有效引导天线制造企业在产品设计阶段就充分考虑PIM指标的可实现性，促使企业在材料选择、加工工艺和装配流程中加强对PIM关键控制点的质量管理。4.3国际贸易效益本标准在制定过程中充分参考了IEC62037-6等国际标准的技术框架和关键指标要求，技术内容与国际通行方法高度一致。这将有助于消除我国天线产品在国际贸易中的技术壁垒，为我国天线产品的出口检测提供我国自主的标准依据，实现“一次检测、多方认可”，降低企业重复检测的成本负担。4.4基础支撑效益本标准的制定进一步完善了GB/T21021系列标准在无线通信无源器件PIM测量领域的标准体系布局。天线作为无线通信系统中辐射和接收电磁波的关键终端器件，其PIM测量标准的制定使该系列标准覆盖了从“信号产生—信号传输—信号辐射”的完整链路，对构建满足新一代移动通信发展需求的无线通信测试标准体系具有重要的基础性支撑功能。五、结论与展望GB/T21021.6-2026《无源射频和微波元器件的互调电平测量第6部分：天线的无源互调测量》是我国无源互调测量标准体系建设的重要里程碑。本标准的制定完成，填补了我国在天线PIM测量专项标准方面的空白，标志着我国在该技术领域完成了从跟随借鉴到自主规范的转变。标准中确立的测量方法体系、系统技术要求和数据处理规则，将对天线产品的研发设计、质量控制和工程验收产生深远的规范引领作用。展望未来，随着无线通信系统向更大带宽、更高频率和更多通道方向持续演进，天线PIM测量技术还将在以下方向不断发展和完善：毫米波频段天线PIM测量的精度提升、有源天线阵列中PIM与有源干扰的分离测量方法、PIM测量效率提升以适应产线全检需求、基于人工智能的PIM故障源定位诊断技术。这些新技术和新需求将推动标准的持续修订与升级，使我国在该领域的标准化工作保持与产业发展相同步的技术活力。我们相信，在主管部门的指导下，依托全国电子测量仪器标准化技术委员会平台的持续运行，以及产业各方的协同努力，本标准将在实施中不断完善，为促进我国天线产业的技术进步、提升产品质量水平和增强国际竞争力发挥坚实基础性作用。参考文献[1]IEC62037-6:2021,PassiveRFand