低互调无源产品设计规范

电子科技大学贾宝富博士现代滤波器设计讲座低互调产品设计规范序言本讲座试图给出减少滤波器、双工器、合路器和塔顶放大器（TowerMountedAmplifier）等产品无源交调(PIM-passiveintermodulation)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：金属接触；铁氧体材料；电镀其它金属接触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：减少关键区域中的电流密度提高金属的接触质量（螺钉处的接触和焊点处的接触）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避免调谐螺钉过长。采用更高的谐振器或阶梯阻抗谐振器。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。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。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谐振器的调谐螺钉要放置在中心；使用M5的调谐螺钉比M3的更好；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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。耦合窗口方形谐振器a)减少关键区域中的电流密度的方法a)减少关键区域中的电流密度的方法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。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谐振器和腔体连接的跟部腔体内部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。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(1.5mm)；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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）。设计腔体时，尽量选用最大可用的高度。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）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）固定盖板的螺钉孔与滤波器壳体之间要留有间隙。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。确保滤波器上每个固定螺孔周围有足够的材料包裹减小盖板与滤波器壳体顶部之间接触的多余区域，可以去掉无用的材料，也可以改变腔体的形状。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。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。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）减少存在电流的金属-金属的接触区域端面接触区域使用环形凸台。分段谐振器底部去掉一部分金属材料，减少接触面积。在上面一节谐振杆上挖一个槽；在两个金属结构接触的表面采用精密加工，例如：滤波器盖板加载谐振器在那些表面电流较强的地方设置固定盖板的螺钉。距离谐振器最近的位置耦合窗口边缘附近的位置尽可能在低通滤波器的高阻抗线附近的位置与垂直放置的传输线一致的位置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）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：谐振器基座围绕接头的涂料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。耦合窗口可以代替耦合环用抽头线或者焊接回路代替螺钉连接。考虑采用一体式的接头在滤波器腔体上尽量避免使用感应焊焊接。使焊点容易操作和检查，并且焊锡很容易流向焊点周围。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把有高的过电压和电流的TX腔体放置在TX输入端口附近（典型的是一些有较强负交叉耦合的腔体）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）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。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：RX和TX滤波器之间的边界天线连接线和TX滤波器之间的边界偏执电路和TX滤波器之间的边界铁磁材料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。螺钉其他部分a)螺钉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：用Ultem支撑的探针用Ultem支撑的传输线一种代替焊接的输入输出抽头一种替代耦合环的正的交叉耦合线注：Ultem是美国通用公司生产的聚醚酰亚胺（PEI）塑料如果谐振器开孔深度不够（5mm）在固定螺钉周围谐振器有打通的开孔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，另外，也可以考虑在腔体底部安装谐振器的固定螺钉。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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避免表面有凹凸的棱角。这些区域电镀会很困难。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。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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在两个双工器的结构中尽可能分离的盖板。为了维护和维修方便，低通、偏置电路和滤波器也尽可能用分离的盖板。避免一些会造成PIM不稳定的松动的结构。这些结构可以用绝缘体支撑或者充分压紧。产生PIM的关键区域:天线接头区域天线和低通公共谐振杆和T型结TX滤波器RX滤波器的第一个谐振器(靠近公共谐振杆和T型结)偏置电路