无源器件互调测量技术

发布于:2021-10-16 20:43:46

无源器件互调测量技术
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无源互调定义及表达方式
? 无源互调定义
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无源互调与有源互调类似,无源互调是无源器件产生的。 当无源器件中存在两个或两个以上的不同频率的射频信 号时,就会产生无源互调。 无源互调: ? 由射频信号在无源器件中相互调制的干扰信号 ? 互调信号渗入接收通道会提高信道的噪声电*,从而减 小信号覆盖范围和网络容量 注:所有的无源器件,包括天线,电缆和连接器,双工 器,滤波器,定向耦合器,负载和衰减器,避雷器,功 率分配/合成器和铁氧体环行器/隔离器等都会产生互调 失真。
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无源互调定义及表达方式
? 无源器件的互调产物有无穷多个,在实际中我们所关

注的是IM3、IM5,而更高阶次的互调产物信号强度较 为微弱,可以将其对通信系统的影响忽略不计。
IM3 干扰频率
2F1-F2 F2-F1 3F1-2F2 4F1-3F2

期望频率 F1 F2 干扰频率

2F1+F2 3F1+2F2 4F1+3F2 F2+F1 2F1

IM3 IM5 IM7
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无源互调定义及表达方式
? 无源互调表达方式

? 无源互调有两种表达方式 ? 绝对值表达法 ? 相对值表达法。 ? 绝对值表达法:是指无源 互调值与原点(即0)的 比值,用dBm来表示。 ? 相对值表达法:是指无源 互调值与其中一个*档 比值,用dBc来表示,这 是因为无源器件的互调失 真与*倒β实拇笮∮泄亍

载波信号

+43dBm 0 -153dBc -110dBm

-110dBm

互调信号 -153dBc=(-110dBm)-(+43dBm)

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无源互调危害及测量意义
? 无源互调干扰在日常通信中最常见的表现是通信过程中

遇到的回音、电话占线拨不通、在打电话的过程中听到 第三方的声音等。 ? 互调电*的高低,令通信质量严重下降,直接影响到整 个通信系统,具体表现如下: ? 在模拟通信系统中增加了通信噪音,使通信质量下降 ? 在数字信号传输过程中增加了误码率 ? 占用通信频道,使通信空间变小,系统容量减小 ? 降低通信系统接收机的灵敏度 ? 测量的意义:判断、分析无源器件的互调水*,降低产 品的互调电*值,从而到达优化通信网络无源互调干扰 的目的。
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无源互调产生原因
? 接触非线性现象引起无源互调
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部件间连接不当,致使接触不紧密,例如接触面不*整 和扭力不够 连接处的焊接不良,比如焊点虚焊、拖尾、过大、不圆 滑等 电镀时引起的问题,如电镀前未充分清洗部件、电镀槽 受到污染、使用错误的电镀材料和电镀的附着力差等 自然因素将会令基站中使用的无源器件互调变差,如风 力造成的摆动导致接头和连接点松动、温度变化引起的 热胀冷缩、各种不同形式的潮湿引起器件氧化、生锈和 腐蚀、空气中的尘埃污染等

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无源互调产生原因
? 材料非线性引起无源互调

铁磁效应:铁磁材料具有很高的磁导率,随磁 场做非线性变化,并显示磁滞特性。在射频元 件的制造中使用了某种程度的磁滞材料(例如 镍、铁、钢等),将引起很强的无源互调产物。 ? 由接触表面的薄表面层和污染层所引起的接触 电容。 ? 由于器件存在差传导率产生热效应(扭矩,腐 蚀,裂缝)。
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金属接触模型

电流

电流

电流

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理想接触 松动接触 紧固接触 (互调很微弱) (互调电*较强) (互调有很大改善) 理想接触:两个接触面完全光滑,同时接触力度适当,此时电流均匀的在接 触面上通过,因此电流密度很小,产生的互调最小。

? ?

松动接触:两个接触面不*整,如存在划痕、毛刺等,当接触力度过小,则 使接触上存在大量不连续的区域,导致接触区域产生较大的电流密度,从而 引起较强的互调电*。 紧固接触:条件如松动接触,但接触力度加大,则接触不连续的区域大量减 少,接触区域上的电流密度随之减小,互调电*有很大改善。 因此无源互调电*随接触面积的增加和输入功率的减小而减小
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如何减低无源互调
? 概述

无源互调形成的原因包括:设计、制造和维护,因此必须从上述 三个方面着手减低无源互调。具体来说,我们可以同过一些简单 的措施进行控制: ? 避免使用含磁性材料,如铁、不锈钢等,如果一定要使用应 该加大电镀层的厚度来降低无源互调; ? 使连接点的数量最少化; ? 设计中所有的连接点必须是精确的,并且在足够的压力下还 能维持很好的连接; ? 提高表面加工质量,一般表面粗糙程度应在0.4um一下,并且 不得有划痕、凹坑、碎屑等; ? 焊接或冷焊所有的结点,如电缆连接器内导体与电缆芯线之 间连接应采用焊接式,不宜采用压接式;
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如何减低无源互调(续)
? ? ? ? ?

避免不同材料间的直接接触; 电镀所有的表面,防止氧化; 确保电镀的均匀已经足够的厚度; 导电体表面不得有斑点和锈蚀; 选择良好的弹性材料,以保证接触件在500次插拔 过程中具有稳定可靠的接触正压力和较小的接触电 阻。

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基站天线产生无源互调的关键区域
8 天线振子 4 6 5 3 2 1

移相器 9
10

阻抗变换器 1 2 3 4 5

7 功分器 6 7 8 9
10

7/16连接器

7/16连接器 7/16连接器与电缆焊接处 移相器输入焊接处 移相器 移相器输出焊接处

功分器及焊接处 阻抗变换器器及焊接处 天线振子及焊接处 天线底座 同轴电缆

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基站天线无源互调减小方法
? 天线上主要的互调产生点有:

? ? ? ?

7/16连接器及其焊接处; ? 移相器及其输入输出焊接处; ? 功分器及其焊接处; ? 阻抗变换器及其焊接处; ? 天线振子及其焊接处; ? 天线底座; ? 同轴电缆。 采用合格的7/16连接器和同轴电缆; 天线上的连接点尽可能的少; 焊接点必须饱满、圆滑,焊点不能过大,同时不能有过多的焊药; 底座必须与地板紧密结合,增加其接触面积,减少电缆密度;
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基站天线无源互调测量问题
? 影响天线产品无源互调测试结果精度的因素 ? 暴露在天线辐射场中的导电材料; ? 天线的安装附件出现松动、损坏或腐蚀; ? 暴露在来自天线辐射的射频场中的松动或腐蚀的附件; ? 测试系统外部的无线电射频干扰; ? 性能很差的同轴接口电缆; ? 接口连接处存在污染和磨损; ? 接口连接不当; ? 射频接口连接屏蔽不善; ? 天线在屏蔽房中不同位置会有不同的测试结果。

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腔体滤波器无源互调减小措施

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腔体滤波器无源互调减小措施
? 影响腔体滤波器无源互调主要因素有 ? 设计方面 ? 工艺及电镀方面 ? 影响腔体滤波器无源互调的部件: ? 腔体 ? 谐振杆 ? 盖板 ? 螺杆 ? 飞杆 ? 飞杆头 ? 飞杆座 ? 固定螺丝
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腔体滤波器无源互调减小措施
? 设计方面
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耦合方式尽量避免采用焊接式耦合,而推荐采用容性耦 合,可以减少应焊接工艺引起的互调恶化; 腔体尺寸尽可能大,减小腔体表面电流密度; 腔体边框铣槽可增加与盖板的压力,进而改善互调; 腔体与盖板接触的部分边缘做倒角处理,可以减少应边 缘过于锋利而引起电流密度过大带来的互调; 连接器法兰盘设计一个小凸台,同时使各个接触面光洁 度良好,有利于与腔体紧密接触,从而减少无源互调的 产生。

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腔体滤波器无源互调减小措施
? 工艺及电镀方面
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腔体加工工艺,必须保证腔体所有棱角有倒角处理,并且避免毛刺、划 痕和光洁度不够; 连接器互调指标必须合格,同时法兰盘必须*整,无划痕、毛刺; 谐振螺杆、飞杆、飞杆头、飞杆座、固定螺丝不能具有铁磁性,同时谐 振螺杆下部尽量做光滑处理,不宜有螺纹; 带抽头的谐振杆,采用先焊接再电镀,同时焊接点不能太大,同时保证 焊点光滑、圆润; 建议尽量少的反复锁紧螺杆,否则容易把螺杆与盖板间摩擦的碎屑容易 掉进腔体里,对互调影响较大; 对腔体、盖板、谐振杆、飞杆、飞杆头、螺杆的镀银厚度、均匀段与致 密度加以控制; 装配中注意所有焊接点的清洁,用少量酒精的棉球清除松香,焊接点尽 量少划痕; 在抽头弯形时,镀银的铜线要注意保护,不应该出现划伤表面的镀层; 保证连接器和腔体接触面光滑*整,使用适当的扭矩令两者紧密接触。

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如何正确测量无源互调
? 概述

到目前为止,无源互调的测试通常都是按照 IEC- 62037推荐的测量方法进行。在实际使 用中,针对不同类别的无源器件和不同的测 量要求有 2 种测量方法,即传输法测试和反 射法测试。 ? 在实际无源互调测试过程中,我们所遇到的 问题:
反射法测试与传输法测试的区别; ? 测量的准确性如何判断。
?
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如何正确测量无源互调
?
信号源

反射法测试
功放
PA

载波信号

F1
合路器 双工器 低噪放
LNA

信号源

功放
PA

F2
低互调 负载 无源互调信号

计算机

信号 处理

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如何正确测量无源互调
? 传输法测试
信号源 功放
PA

载波信号

F1
合路器 双工器 低噪放
LNA

信号源

功放
PA

F2

计算机

信号 处理

双工器
低互调 负载

无源互调信号

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如何正确测量无源互调
? 反射法测试与传输法测试区别
? ? ? ? ?

反射法测试的准确性高于传输法测试; 反射法可以测试几乎所有的无源器件互调值; 传输法测试无源器件的互调值差与反射法测试值反射法; 传输法适合测量宽带器件,如跳线; 传输法是在反射法基础上增加了一个背对背的双工器、低互 调负载和测试电缆,从而引入了许多新的互调因素,导致系 统残留互调相对反射法更差;另一方面,对于主信号和接受 带内的互调产物,双工器能够进行匹配,但对与主信号的谐 波,他们可能匹配不良,不良的匹配会在谐振频率处引起驻 波,它可能会成为无源互调的产生源,在被测设备内部引发 高于通常情况的电流密度。此外,被测的互调响应将会变得 高度依赖被测设备的电长度,因为对于无源互调的产生源, 会随着被测设备电长度的改变而改变,他的谐波的波峰和波 谷的位置也会随之改变。
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如何正确测量无源互调
? 测量的不确定度

在实际测量中,当被测器件的实际互调电*值 接*于无源互调测试仪的残留无源互调电*时, 由于两者的矢量合成,这时互调电*的测量不 确定度就会变大。 ? 为了提高互调电*测量精度,接收机的残留互 调电*至少要求比测量的最小无源互调电*低 10dB以上,此时测量不确定度小于±3dB。
?

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如何正确测量无源互调
? 典型的测量不确定性曲线
与真实 值相关 的误差 -10.0 -20.0 -30.0 (+) 不确 定值 2.39 0.83 0.27 (-) 不确 定值 3.30 0.92 0.28

图 基于在单个误差源变化下标准的最大测量不确定度的电*等级误差曲线

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如何正确测量无源互调
? 测量不确定度公式

RSS= [(δ A) 2 + (δ Pm) 2 + (δ Pg ) 2 + (δ D) 2
? 其中: ? δ A 为校准衰减器的不确定度分量; ? δ Pm 为校准功率计的不确定度分量; ? δ Pg 为校准信号源的不确定度分量; ? δ D 为测量互调电*和残留互调电*之差的不确定 度分量。 ? 公式中不包括失配误差
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如何正确测量无源互调
? 互调矢量叠加 在互调测试过程中,测量的互调信号包括在不同点上 产生的互调,是所有互调的矢量叠加,如被测互调、残留 互调、更多阶次的互调信号等等;同时由于观测互调的点 是固定的,而基于被测器件的电长度,所有互调信号将根 据电长度引起的相位不一致进行叠加;当被测互调与残留 互调水*相当的时候,信号叠加现象将十分明显,如果被 测互调远大于残留互调,则这种叠加现象的影响变得微乎 其微。 具体如下面图所示:

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如何正确测量无源互调
互调矢量叠加原理示意图(相位差0度)

黑色:被测互调 红色:残留互调 绿色:叠加互调
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如何正确测量无源互调
互调矢量叠加原理示意图(相位差45度)

黑色:被测互调 红色:残留互调 绿色:叠加互调
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如何正确测量无源互调
互调矢量叠加原理示意图(相位差90度)

黑色:被测互调 红色:残留互调 绿色:叠加互调
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如何正确测量无源互调
互调矢量叠加原理示意图(相位差180度)

黑色:被测互调 红色:残留互调 绿色:叠加互调
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澳华测控公司简介
? PIMTEK品牌无源互调测试仪为澳华测控技术

有限公司所有,是国内领先的无源互调测试仪 制造商。从提供第一台单频段无源互调测试仪 至今已有5年历史,并在2010年开发出第一款 应用于运营商基站现场测试的便携式无源互调 测试仪。累计至今,已在运营商、代维公司和 设备制造商中广泛使用。

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