1-什么是无源互调(-PIM-)？-无源互调与有源互调

1.什么是无源互调（PIM）？无源互调与有源互调相类似，只是无源互调是无源器件产生的。只要在一个射频导体中同时存在两个或两个以上RF信号，就会产生互调。当器件中存在一个以上的频率时，任何无源器件都会产生无源互调产物。由于不同材料的连接处的具有非线性，信号会在结点混合。典型地，其奇数阶互调产物（如IM3=2*F1-F2）会落在基站的上行或接收频段内，成为干扰接收机工作的信号。它会造成独立于接收机随机底噪的接收机减敏现象。2.产生PIM的典型原因？在射频器件（天线、电缆、滤波器等）中，有三个典型的成因：1．射频通道中不良的机械结点2．射频器件的材料具有磁滞现象（如不锈钢）3．射频通道中的表面或接触面受到污染。例如，焊料（会吸附其他污染物）和加工过程中的金属微粒。在一个完整的基站中，大功率放大器和接收机滤波器之间的任何无源器件都会产生严重的无源互调信号。铁塔（“生锈螺钉噪声”）或发射天线的直射波周围的金属物质也会产生无源互调信号。3.什么是IM3和IM5？它一般用来说明我们所讨论的互调产物的阶数。IM表示“互调（inter-modulation）”。紧跟着的数字是产生互调产物的两个母信号的整数倍频之和。通过下表，可以很好的理解这个概念：IMCalculation互调计算IMOrder互调阶数2*F1±1*F2=FIM3ThirdOrder(2+1=IM3)3*F1±2*F2=FIM5FifthOrder(3+2=IM5)4*F1±3*F2=FIM7SeventhOrder(4+3=IM7)5*F1±4*F2=FIM9NinthOrder(5+4=IM9)一般来说，阶数越小能量越大。尽管如此，在选频系统中，接收机中的五阶互调产物大于三阶互调产物也是有可能的。4.如果定义“良好”的PIM值？一个给定的RF器件所要求达到的无源互调水平对于该器件所在的最终系统的性能来说，是非常重要的。例如，天线必须具有良好的无源互调特性，这是因为天线所产生的无源互调将会被基站发射和接收。此外，发射天线几乎完全受制于基站的载波功率。另一方面，接收机的“清除”滤波器的无源互调性能要求不是很高。该滤波器可能位于双工器的另一边，因此可以完全避免载波功率进入它的输入端口。最后，客户可以自定义可接受的最大无源互调值和载波功率值。一般来说，当注入两个+43dBm（20W）的载波信号时，天线的三阶互调指标为-100到-110dBm。5.PIM是否随功率值的改变而变化？尽管产生的PIM的功率和母载波功率之间不一定存在直接的关系，PIM还是会随功率的改变而变化的。简单来说，宽带器件结束于一个宽带负载；典型情况下，载波功率每增加1dB，三阶互调响应就增加大约3dB（假设载波功率相等）。尽管如此，还有很多因素会影响这个良好而简单的关系，这些因素包括：on*F1和/或m*F2频率上的高回波损耗值o与铁氧体器件有关的磁滞现象的变化曲线极其倾斜o当接近衰减潜能时，电学结具有的非线性特性o由于功率变化引起的每个互调源的阻抗变化，从而导致的多个互调源之间的交互作用一般而言，当发射机功率增加时，基于整个系统性能的无源互调的阻抗就越为重要。典型地，当一个TDMA系统充分提供可利用的频率和信道时隙，或者当一个CDMA系统通过增加前向功率来增加系统容量时，无源互调值都会增加。6.PIM是否随频率的改变而变化？PIM是否随频率而变化是看情况而定的。其中一个基本条件就是，位于单独一点（不是分布式空间存在）的，且与传输线（或者RF激励源）的阻抗相匹配的单个互调源会产生一个与频率无关的各向同性的互调信号。这类似于天线理论中经典的射频“点声源”理论。假定PIM的点声源存在（至少是理论上地），那么现实中，射频器件可以用多个PIM源组合来模拟。这些源所产生的互调具有与RF母载波信号有关的相位关系。一旦器件中每一个点声源都产生无源互调，那么这些PIM信号自身就会进行矢量组合（不是建设性的，就是破坏性的）产生一个合成的PIM响应。PIM源之间的相位关系依赖于物理分隔，射频信号在互调源间传输必须通过的电介质，以及母载波信号的频率。假设现实情况中，所有器件都有一个以上的PIM源，那么器件将会产生一个与频率有关的PIM响应是非常有可能的。尽管，o如果器件中关于电的部分很少，或者o如果相对于被测器件来说，我们感兴趣的带宽很小，或者o如果器件受控与一个单独的，大互调源，那么测得的频率响应就可能与频率无关。7.是否可以使用DCS-1800频段的PIM测试系统测量在900MHz蜂窝频段使用的电缆？即使长电缆（大于1/2波长）能够在反方向产成一个与频率有关的PIM响应，周期性的波动常常与集成电缆的电长度有直接的关系。是的，电缆的PIM响应与频率有关。尽管如此，如果在整个扫频带宽中测量集成电缆的包括峰值和零值的PIM值，那么就可以在测试频段中捕获PIM源合成互调的最差值。只要单独的PIM源不要随频率的改变而剧烈变化，以及集成电缆的损耗不要随频率有略微的改变，那么在1800MHz频率上测得的PIM性能将会很好的转换成在900MHz上期望得到的具有代表性的无源互调性能。尽管如此，这个话题提出了一个有趣的解释。当载波频率增大时，被测器件的导体的RF透入深度也趋于增加。对于相等的载波功率，在1800MHz上的电流密度将大于900MHz上的电流密度。基于这个原因，在900MHz频段测试电缆所产生的PIM结果将好于该条电缆在1800MHz频段下测试所获得的结果。概要：要完全确定一条集成电缆在给定的频段中的PIM值，就应在该频段内进行测试。只是为了大致表示集成电缆的互调特性（或者完整地包括机械电缆接头界面），那么测试某一个频段就可以得到一个可以代表电缆在整个频段中特性的互调结果。8.如何表示PIM？典型地，无源互调表示绝对功率（单位为dBm），或者是仅对一个测试信号的相对功率？（单位为dBc）。例如，由两个+43dBm信号产生的一个-110dBm的互调信号，也可以表示为-153dBc。在两个载波信号不相等的情况下，Summitek公司制定了一个惯例，即单位dBc是相对于最大的载波信号而言的。注意在给定PIM性能值时，通常要说明载波信号值，这是非常重要的。这同样可以应用在以dBm和dBc为单位表示PIM的情况。9.是否可以使用底噪为-140dBm的PIM测试系统测量一个-140dBm的PIM响应？随机底噪（kTBF）和PIM底噪之间有明显的差别，而后者作为“残余互调水平”更精确地进行重申。对两个参数的讨论如下：•当接收机终止与50欧，RF被关闭时，典型地，PIM测试系统的底噪定义为测得信号的平均值。如果由于存在连接装置而导致大功率放大器中的噪声进入接收机，那么噪声源就必须包括底噪测试。噪声是随机的，而且一般来说，是由本机震荡器中的相位噪声、接收机预放大器的kTBF噪声和发射机的噪声合成的。PIM测试系统接收机（或频谱分析仪/LNA合成器）的底噪通常大约在-120dBm到-140dBm之间变化，这取决于选定的平均水平？（或决定的带宽）。我们无法有效测量低于接收机底噪的互调。•分析仪的残余互调水平的产生原因是分析仪的电缆、内部的接头、滤波器和双工器所产生的互调。残余互调中的三阶互调（IM3）一般大于接收机底噪。如果被测器件的真实互调值与分析仪底噪接近，测量被测器件的互调时可能会发生严重的测量误差。这是因为在测量过程中，分析仪的残余互调会与被测器件真实的互调矢量合成，因此，会产生一个很高的测量不可靠性。通过使用高质量的双工器、滤波器和精良的构造，以及低互调电缆测试系统的残余互调可以降低系统的残余互调。注意：平均化（或减小频谱分析仪的带宽分辨率）不会降低残余互调水平。平均化只是用来降低接收机的底噪水平。为了最有效的测量时间，最大化测试系统响应，成为瞬时PIM，仅采用足够的平均化（或尽量宽的带宽分辨率）来维持接收机的底噪至少比期望的PIM最小值小10dB。10.PIM是否随时间的改变而变化？有可能。我们发现有两种典型的PIM。第一种是一种自然脉冲，一般与施加大功率RF信号于不良的机械结点所产生的周期性衰减有关。这种类型的互调会以一个宽带的短脉冲（小于1秒）形式出现，类似噪声的能量。在一些器件和系统中，这些测到的脉冲的时间间隔从2、3秒到几小时随机不等。第二种PIM的产生状态更加稳定、连续。RF导体中和表面的发热会造成整个接触面的瞬间变化。其结果是PIM随时间而改变。其经典样例是测量结构不良的或受制于机械应力的集成电缆所得的PIM。该集成电缆的PIM特性起初非常良好，但当电缆发热时，其PIM特性就会变差。有趣的是，有时刚好相反。开始时，集成电缆的互调特性很差，但是当发热造成机械接触面膨胀（或压缩）后，PIM随时间而改善。考虑到操作需要和基站现场环境。风、雨、阳光（包括热循环）等因素会持续作用在天线、集成电缆和连接架上的机械接触面上。如果由于阳光直射导致RF接头发热，使电缆、接头和天线不能正常工作，那么，PIM值就会上升（或下降）。11.前向和反向（反射）互调值是否有区别？由于集成设备中的多个PIM源产生的互调信号实际上是矢量信号，因此，相关的相位关系将决定被测器件某一点上所测得的所有（标量）PIM的值。利用操作说明书“测量RF集成电缆的PIM特性”中的模型，我们发现在端口2测得的所有同相的互调响应都与互调频率无关，而端口1上的反向互调响应则是端口1的互调响应和互调源在端口2上有相位差的互调响应的合成响应。由于反射互调是不同相位的互调源的矢量合成，所以认为反射互调响应是频率和集成设备电长度的特性。尽管如此，现实中，前向互调响应可能会由于与频率无关而无法测量，也可能不是最严重的互调响应。这是由于现实情况和上面提及的简单的模型之间的区别。在互调频率和载波频率的谐振频率上，使用更复杂的模型来说明更复杂的阻抗和损耗情况，可以逐步更加精确地预报PIM的测量结果。12.互调是否随载波频率区间而变化？由于被测器件中单个互调源的相位与母载波相位有关，所以改变载波频率将会改变PIM信号的相位关系。基于测得的合成PIM的频率不同，当载波频率改变时，PIM的测量结果也会随之改变。13.RF源是否要进行锁相使之与载波匹配？如果使用两个信号进行测试，就不需要锁相。当使用两个载波信号时，载波间相关的移相器转速是由频率区间决定的。载波将在给定的频率区间中，以固定的速率，周期性地先同相后异相进行合成。相对于其中一个载波的相位，将载波进行锁相在一起将会迫使两个载波相位在一个已知的瞬间相交。尽管如此，它不会对产生的PIM水平造成影响。如果在测试中使用3个或以上载波时，第3个载波的相位就显得尤为重要了。通过把三个载波锁相在一起，并调节它们相关的相位，从而在第3个载波上就会产生一个特异相位点与前两个载波的已知的相位相交点相匹配。例如，这可以用来在被测器件的一组固定频率的特异相点上建立一个最差的电流密度。不管你是使用2个、3个还是100个载波进行PIM的测试，将所有时钟连起来使测量中RF频偏的影响最小化，这是一个很好的习惯。当你使用非常窄的接收机来实现PIM测试时，这就显得尤为重要了。14.采用16个信号和2个信号做PIM测试的区别是什么？当使用2个信号测量PIM时，我们只对每一阶中的一个互调响应有兴趣。这与采用16个信号做PIM测试形成对比。在这种情况下，将会有一个从频谱分析仪上所显示的三阶互调响应筛选而来的门限值。根据被测器件的特性，该门限可能是非常平坦的，也有可能是形状复杂的。一般来说，器件的PIM值就是测量所得的最大的响应。使用16个信号做测试的优势是，可以在单一一个测量过程中得到器件的PIM频率响应。这个频率响应可以通过扫描预先设定的载波的频段，在Summitek公司的无源互调分析仪（或计算机控制的PIM系统）上显示，这个过程与传统的网络分析仪测量过程非常相似。比较16信号和2信号的测量结果是很困难的。一部分使用者说采用2信号扫频测量是很难通过测试的；而另一部分使用者则认为16信号扫频测量更为严格。我们将进行更多的对比测试，当有结论时，Summitek公司将会继续更新“常见问