無(wú)源互調(diào)(Passive Inter Modulation，PIM)效應(yīng)是HPM效應(yīng)的一種，在HPM條件下，HPM通過(guò)不同的耦合途徑進(jìn)入電子系統(tǒng)，由于其大功率特性，使傳統(tǒng)的無(wú)源線性器件產(chǎn)生較強(qiáng)的非線性效應(yīng)，部件和系統(tǒng)的非線性特性也會(huì)變得更加明顯，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的PIM問(wèn)題，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。這使得對(duì)PIM效應(yīng)的分析研究顯得尤為重要。

　　PIM的測(cè)量足PIM問(wèn)題中一個(gè)重要的研究方向，一方面測(cè)量所得的數(shù)據(jù)可以用來(lái)進(jìn)行高階PIM的預(yù)測(cè);另一方面，為研究無(wú)源部件的PIM機(jī)理提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　1 PIM測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)與基礎(chǔ)測(cè)量方法

　　1.1 測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　從原理上來(lái)看，PIM的測(cè)量方法與有源部件的互調(diào)測(cè)量方法類(lèi)似，但是由于PIM自身的特殊性，其測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，要求也更高。一般地，PIM測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

　　(1)大功率信號(hào)源：PIM的測(cè)量是大功率測(cè)量問(wèn)題，一般需要以高于工作功率電平2～4倍的功率進(jìn)行測(cè)量，微波功率高達(dá)上百瓦甚至幾千瓦。

　　(2)高靈敏度接收機(jī)由于PIM的功率電平一般都非常低，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度要求很高。

　　(3)低PIM組件：PIM測(cè)試系統(tǒng)的組成部件本身必須是高性能、低PIM的。專(zhuān)用的合成器、定向耦合器、濾波器等產(chǎn)生的PIM電平必須控制在被測(cè)件PIM電平的-6 dB以下，連匹配負(fù)載都要采用不產(chǎn)生PIM的特殊負(fù)載，以保證整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)能夠正常工作。

　　(4)PIMP與環(huán)境溫度有關(guān)，并隨著時(shí)間發(fā)生變化，因此需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的溫度循環(huán)試驗(yàn)。

　　(5)此外，PIM測(cè)量系統(tǒng)與頻率和帶寬的相關(guān)性很強(qiáng)，測(cè)量系統(tǒng)難以通用，一般需要根據(jù)測(cè)試目的進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的制作。同時(shí)，不僅要測(cè)量無(wú)源部件的PIM產(chǎn)物，還要能夠?qū)μ炀€和整星進(jìn)行測(cè)量。因此，如何設(shè)計(jì)一個(gè)低PIM的測(cè)量系統(tǒng)是進(jìn)行PIM測(cè)量首先必須解決的問(wèn)題。

　　1.2 PIM的基礎(chǔ)測(cè)量方法

　　對(duì)于PIM測(cè)量來(lái)說(shuō)，測(cè)量方法十分重要。針對(duì)不同的器件、不同的測(cè)量要求，有4種測(cè)量方法：直通測(cè)量法、反射測(cè)量法、輻射測(cè)量法、再輻射測(cè)量法，此外還有用于整個(gè)衛(wèi)星的整星級(jí)測(cè)量法。

　　2WCDMA系統(tǒng)發(fā)射頻段PIM效應(yīng)的分析

　　所有的無(wú)源部件實(shí)際上都存在一定程度的非線性。當(dāng)輸入功率較小時(shí)，這些器件的非線性程度較弱，可以忽略其非線性而近似為線性器件。但當(dāng)輸入功率很大時(shí)，與接收信號(hào)相比，非線性因素所造成的影響比較大，就不能被忽略了。隨著通信衛(wèi)星向更高功率、更寬頻帶和更高的接收機(jī)靈敏度的趨勢(shì)發(fā)展，無(wú)源互調(diào)對(duì)通信衛(wèi)星的影響已經(jīng)成為不可回避的重要問(wèn)題。

　　在GSM900/1 800和800 MHz CDMA通信系統(tǒng)中，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的三階互凋產(chǎn)物會(huì)落入到他們各自的接收頻段。隨著發(fā)射功率的增加，在WCDMA系統(tǒng)中，其發(fā)射頻段為2 150～2 210 MHz，接收頻段為1 920～1 980 MHz，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物不會(huì)落入到其自身的接收頻段，而會(huì)落到發(fā)射頻段。通過(guò)以下數(shù)學(xué)計(jì)算可以來(lái)驗(yàn)證這個(gè)現(xiàn)象。

　　三階互調(diào)產(chǎn)物fPIM3=2f1-f2，其中f1=[2 150，2 210]，f2=[2 150，2 210]。要證明fPIM3≠[1 920，1 980]只要求出fPIM3的取值范圍，看這個(gè)集合與[1 920，1 980]是否有交集即可。

　　要求fPIM3的取值范圍，關(guān)鍵是求出其最小值fPIM3(min)和最大值fPIM3(max)：

　　

　　可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論f1和f2在2 150～2 210 MHz范圍內(nèi)如何變化，其fPIM3均不會(huì)落入到1 920～1 980 MHz的接收頻段，而會(huì)落到2 150～2 210 MHz的發(fā)射頻段。

　　此外WCDMA系統(tǒng)的七階互調(diào)會(huì)落入到其接收頻段，如fPIM7=4f1-3f2=4×2 150-3×2 210=1 970 MHz。

　　在WCDMA系統(tǒng)中，如果在發(fā)射頻段產(chǎn)生一個(gè)-110 dBm的無(wú)源互調(diào)信號(hào)，也就是干擾信號(hào)，這可能會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)影響，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)值已經(jīng)大于系統(tǒng)中有用信號(hào)的最小幅度了。

3 WCDMA系統(tǒng)發(fā)射頻段PIM的測(cè)量系統(tǒng)

　　在GSM900/1 800和800MHz的CDM八以及WCDMA通信系統(tǒng)中的無(wú)源互調(diào)測(cè)量時(shí)，通常采用雙工器和濾波器來(lái)提取IM3值。

　　一個(gè)典型的GSM900接收頻段的二端口器件無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)。當(dāng)f1和f2通過(guò)DUT(被測(cè)器件)時(shí)，DUT的輸出存在4個(gè)頻率分量f1，f2，2f1-f2和2f2-f1，其中f1和f2直接被大功率低互調(diào)負(fù)載所吸收，而2f1-f2和2f2-f1則被雙工器提取出來(lái)，濾波器則是為了進(jìn)一步濾除f1和f2，以提高頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍。由于三階互調(diào)產(chǎn)物全部落入接收頻段，故可以采用標(biāo)準(zhǔn)的雙工器和濾波器。

　　而WCDMA頻段則不同，從前面分析中發(fā)現(xiàn)，其發(fā)射頻段(2 150～2 210 MHz)產(chǎn)生的IM3值落到了發(fā)射頻段，使IM3值和f1及f2靠的很近。在這種情況下，無(wú)法采用雙工器將IM3提取出來(lái)，而要采用其他方法。如圖2所示，采用了WCDMA二端口無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)。兩個(gè)46 dBm的CW信號(hào)分別通過(guò)合路器合成到一條傳輸線中并加到DUT上，合成信號(hào)通過(guò)DUT后被一個(gè)低互調(diào)負(fù)載吸收，其中-30 dB的信號(hào)被定向耦合器耦合出來(lái)，通過(guò)一個(gè)可調(diào)帶通濾波器，在頻譜分析儀上測(cè)試出允許的IM3值。

　　從測(cè)試原理和方法看，無(wú)源互調(diào)的測(cè)試并不復(fù)雜，但是要完成準(zhǔn)確的測(cè)試卻并不容易。在搭建測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，要注意系統(tǒng)中的每個(gè)環(huán)節(jié)。

　　功率放大器由于WCDMA系統(tǒng)中的無(wú)源器件會(huì)在更高的射頻功率電平下工作，所以WCDMA無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)中的功率應(yīng)盡可能大，但是由于受到放大器成本和合路器功率容量的限制，通常采用46～47 dBm的功率放大器。

　　定向耦合器 考慮到輸入到頻譜儀的f1和f2功率總和應(yīng)盡可能小，所以采用30 dB定向耦合器。可使頻譜儀工作在安全電平下，同時(shí)避免大功率信號(hào)在頻譜儀內(nèi)產(chǎn)生有源互調(diào)，可以通過(guò)帶通濾波器將f1和f2抑制到0 dBm以下。

　　濾波器 由于WCDMA三階互調(diào)產(chǎn)物落在發(fā)射頻段，所以無(wú)法用固定濾波器來(lái)提取IM3分量?？梢圆捎每烧{(diào)的帶通濾波器來(lái)完成這個(gè)功能，帶通濾波器的Q值應(yīng)盡可能地高，建議采用五節(jié)帶通濾波器。

　　測(cè)試電纜在整個(gè)系統(tǒng)中，惟一需要經(jīng)常移動(dòng)的就是DUT和連接DUT的電纜。采用特種編織電纜或者微波電纜來(lái)做無(wú)源互調(diào)的測(cè)試電纜，如RG 393，這種電纜自身的PIM值可以達(dá)到-165 dBc。

　　測(cè)試系統(tǒng) 從無(wú)源互調(diào)測(cè)試原理考慮，測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)固化在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱內(nèi)。這樣可以避免很多影響測(cè)試精度的不確定因素，如可以用半柔電纜來(lái)替代編織電纜，合理掌握接頭的連接力矩，防止系統(tǒng)中器件的移動(dòng)而導(dǎo)致的接觸不良等因素影響測(cè)試。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　從原理上來(lái)看，無(wú)源互調(diào)的測(cè)量方法與有源部件的互調(diào)測(cè)量方法類(lèi)似，但是由于無(wú)源互調(diào)自身的特殊性，其測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，要求也更高。目前，國(guó)內(nèi)只有航天工業(yè)總公司504所能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量。

　　WCDMA系統(tǒng)目前正處于起步階段，其無(wú)源互調(diào)的測(cè)量也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)可依，目前只有少數(shù)企業(yè)在從事WCDMA無(wú)源互調(diào)測(cè)試的研究。但由于這個(gè)指標(biāo)會(huì)直接影響到無(wú)源器件的生產(chǎn)和制造，從而進(jìn)一步影響到系統(tǒng)的性能，目前已有越來(lái)越多的無(wú)源器件制造商和基站制造商開(kāi)始關(guān)心這個(gè)指標(biāo)，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)就會(huì)有合適的無(wú)源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)誕生。