连接器无源交调的产生和预防

连接器无源交调的产生与预防随着移动通信的飞速发展，对接收系统的灵敏度要求日益提高，使得同一传输信道内可能存在很多不同频率的信号，如果传输线或连接传输线的射频同轴连接器特性不良，就可能使不同频率之间产生无源交调(Passiveintermodulation／PIM)，结果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。本文分析了射频同轴连接器无源交调产生的原因及预防措施，对射频同轴连接器的设计、制造以及通信系统中的选用有积极的指导意义和参考价值。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和传呼台等蜂窝基站上，由于传输功率较大，通常采用7一16(L29)、N、EIA等射频同轴连接器。射频同轴连接器是用在发射通道（在天线和天线滤波器之间）的后置滤波部分，因为系统是双工的，即多载波发射通道同时也是接收通道，所以要求相当严格。在一个理想的线性传输系统内，其输出相对于输入是成正比的。实际上非线性变化在射频同轴连接器中是不可避免的，只是因载波信号较小时非线性产生的无源交调物引起的噪声不大而不引起人们的注意，但当载波信号大于30dBm时，这种交调影响就比较明显了。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Fl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。除非线性因素外，在同轴连接器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。2、无源交调的研究动态（1）无源交调并不是最近才发现的，实际上人们早就知道射频同轴连接器里会出现无源交调，但为什么在MIL-C-39012和IEC标准里没有这一指标呢？我们说主要是无源交调不象其它指标那么直观或容易捕捉得到，在一些场合它是相对可以忽略不计的，或者说其影响是很小的。可以说传输功率的大小确定了相应交调的界限，因此交调大多是在蜂窝大功率系统里才引起人们的注意，例如这些系统中用的7一16和N型连接器。（2）蜂窝系统中的无源交调的影响对于蜂窝系统的服务需求来说，最初人们关心的只是传输的频道效率和清晰度。随着技术的不断发展和市场竞争的需要，高可靠大容量的传送设备己成为发展的主流。这一趋势的潜在障碍就是无源交调，在这种情况下如果连接器交调性能不好，就可能出现较差的呼叫质量。（3）电缆装接方式与无源交调焊接与压接是最好的电缆装接方式，它能使电缆与连接器之间产生360°的点接触。这样紧密的接触保证了整个接触性能，因而改善了无源交调特性。连接器内导体最好直接焊到电缆芯线上，这样比压接好，不仅可减小接触电阻，而且消除了连接间隙。（4）无源交调与频率的关系由于同轴连接器是宽带元件，没有频率依赖性，因此，无源交调也无频率依赖性，其影响程度仅与信道传输功率大小有关，与频率无关。（5）无源交调的测试无源交调的测试方法仍在研究之中，目前国际上尚无权威性的标准测试方案。3、无源交调的预防措施针对上述无源交调产生的原因，在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，这就是7-16或N型大功率产品镀银的原因。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次插拔过程中具有稳定可靠的接触正压力和较小的接触电阻。7）避免不同金属，特别是彼此之间可能产生电动势耦合的不相容金属互相结合，防止产生电化学腐蚀。8）电缆连接器内导体与电缆芯线之连接应采用焊接方式，不宜采用压接方式。总之，无源交调对连接器和通信系统的研究人员来说都是一个新的课题。本文仅是作者实际工作中的一些心得，仅供业界同行交流和参考。