无源交调的产生与预防.ppt

1、无源交调的产生与预防,随着移动通信的飞速发展，通讯系统的发射功率和接收灵敏度都有进一步的提高。并且，在同一传输信道内有可能存在很多不同频率的信号。在高功率条件下，一些原本认为具有线性特性的无源元件，例如：滤波器、双工器、接头、天线和传输电缆等，都表现出了非线性特性。因此，就有可能使不同频率的信号之间产生调制。这就是无源交调(Passive intermodulationPIM)。产生无源交调的结果是使有效传输信号发生畸变，产生噪声和杂波，影响信号传输速率。,序言,1、无源交调产生的原因 在环球移动通信（GSM）、数据通信系统 ( DCS ) 1800、个人通信服务系统 ( PCS ) 1900

2、和传呼台等蜂窝基站上，由于传输功率较大，且双工器、射频同轴连接器和天线都是用在发射通道。因为系统是双工的，即多载波发射通道同时也是接收通道，所以对PIM的要求非常严格。,通讯系统对无源交调的典型需求,信号在线性系统的传输，特性是成比例线性变化的（如图一），而在非线性系统的传输特性是按指数规律变化的（如图二）。从图二可明显地看出，正半周的幅度大于负半周的幅度，该波形的特性与原有信号相比已发生了质的变化，它是由原来的基波和相应的谐波叠加而成，这些谐波将同传输线上的其它载波进行互调。,这一交调的结果就产生了一些额外的频率，即交调生成物，如图三中的2F1一F2、2F2一F1、3Fl一F2、 3F2一F

3、l等。当这些交调生成物在传输线中足够大时，就会象载波一样的传输线中传输而占用有效的信号通道。,描述腔体产生无源交调的电路模型,假定，这里的非线性与腔体色散无关。 其中，Rp是下述V-I特性所描述的非线性电阻。,产生PIM的原因,谐振腔的双频（Two-tone）特性,输入的双频信号：,简化电路的分析结果,用简单的电路模型评估腔体的PIM,模型参数： 谐振频率： f0 有载和无载Q值：Q0，QL 固有的PIM： Px 输入功率。,PIM与模型参数的关系,Decreases of 2 dB/dB with Px Increases with QL/Q0 for QL/Q0 1, then decre

4、ases Increases of 3 dB/dB with Pin,测试腔体将变化的参数,无载 Q值 (腔体体积) 有载 Q 值(输入/输出耦合电平) 固有的非线性参数 Px: 腔体形状； 耦合结构； 调谐元件； 镀银；,测试腔体的物理结构(GSM TX band),腔体类型: 具有电容加载的同轴腔； 腔体外部横截面: 方形； 调谐元件: 深入内导体的螺丝；,腔体的几何尺寸和变化量,腔体宽度: 22.5 or 45 mm (改变 Q0)； 内导体截面: 圆形或方形； 输入/输出耦合: 容性或感性(tap)； 有载Q值: 15, 25, 40 (通过改变输入/输出耦合获得)； 调谐: 使用螺钉

5、或没有调谐；,典型的PIM测试系统,PIM 测量 (双频测试),测量装置: Summitek mod. SI 900A (transmission set-up) 两个信号频率的选择： 信号f1 必须靠近TX band的低端 (935 MHz) 为了在RX band ( 915 MHz)获得较低的3th阶交调产物，信号f2 设在956 MHz左右。 腔体调在 (f1+f2)/2,测试结果,测试结果的解释,PIM 对 QL的依赖看起来类似于模型的估算值； 腔体尺寸增加会降低PIM (随着 Q0 增加)； 柱的横截面(方或圆)似乎不影响PIM； 电容耦合的PIM性能比直接耦合（tap coupli

6、ng）好； 调谐螺钉强烈增加PIM (5-15 dB) 测量镀银后的PIM，似乎镀银后PIM会增加 (特别是带调谐螺钉和直接耦合的情况)。,PIM与输入功率的关系,模型的计算结果,第一部分结论,为降低腔体固有的PIM: 去掉调谐螺钉； 在结构中不要有焊锡 (避免直接耦合)； 镀银层的厚度至少要有趋肤深度的3-5倍 (为了避免粘合层的影响，比较典型的粘合层使用镍)； 证明了QL 和 Q0 对PIM 的影响； 内导体的形状 (方或圆) 似乎不影响PIM 一个 3th阶模型并不足以匹配PIM 和输出功率 Po的关系。,双工器中产生的PIM,谐振腔的等效电路,双工器的线性响应,非线性分析（谐波平衡法）

7、,PIM at RX out vs. frequency,Contribution to PIM from TX resonators,PIM vs. Filters topology,一些典型例子,Problems with silver plating,Resonators design,Dissimilar metals,结论：制作低PIM滤波器的“好规则”,宽的谐振器环； 较深的谐振器并且不要加载太重； 角不要太尖； 在不同类型的金属之间不要接触； 注意交叉耦合的位置； 在腔体中调谐螺钉要短； 洁净； 注意焊接点； 良好的银镀层； 确保良好的接触。,除非线性因素外，在滤波器和同轴连接器

8、中生成无源交调的还有以下几个方面的原因。 （1）金属零件电镀过程中未清洗干净的电镀 溶液。 （2）镀层导电性不好，镀层厚度不够。 （3）表面锈蚀。 （4）中心接触件的不同金属材料。 （5）信通道内的磁线材料。 （6）较低的接触点正压力。 （7）表面粗糙度大。 （8）连接器内的碎屑和灰尘。 （9）螺旋状的信号通道。,3、无源交调的预防措施 针对上述无源交调产生的原因，在滤波器和射频同轴连接器设计和制造中应采取以下措施。 1）从电镀角度考虑，为降低无源交调，减少接触电阻，最好采用镀银层，厚度应在6um以上，镀层应无杂质且必须用铬酸盐钝化。 但镀银层易变色的问题在某些场合要慎重考虑。镀金也是较好的选择，但成本较高。 2）在产品结构设计方面尽避免出现阻抗不连续性，尽可能保持一致的特性阻抗，减小非线性因素。,3）选择导电率高的材料，如铜及其合金，避免采用不锈钢或其它含磁性材料，即便要用导磁率应小于2.0。 4）提高表面加工质量，一般表面粗糙度应在0.4um以下。并且不得有凹坑，碎屑等杂物。 5）导电体表面不得有斑点和锈蚀。 6）选择良好的弹性材料，进行精细加工和真空热处理，以保证接触件在 500 次插拔过程