WCDMA系統(tǒng)中PIM的分析與測量
PIM的測量足PIM問題中一個重要的研究方向，一方面測量所得的數(shù)據(jù)可以用來進(jìn)行高階PIM的預(yù)測;另一方面，為研究無源部件的PIM機(jī)理提供實驗數(shù)據(jù)。
1 PIM測量系統(tǒng)的特點與基礎(chǔ)測量方法
1.1 測量系統(tǒng)的特點
從原理上來看，PIM的測量方法與有源部件的互調(diào)測量方法類似，但是由于PIM自身的特殊性，其測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，要求也更高。一般地，PIM測量系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點：
(1)大功率信號源：PIM的測量是大功率測量問題，一般需要以高于工作功率電平2～4倍的功率進(jìn)行測量，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，對測量系統(tǒng)的靈敏度要求很高。
(3)低PIM組件：PIM測試系統(tǒng)的組成部件本身必須是高性能、低PIM的。專用的合成器、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，以保證整個測試系統(tǒng)能夠正常工作。
(4)PIMP與環(huán)境溫度有關(guān)，并隨著時間發(fā)生變化，因此需要進(jìn)行長時間的溫度循環(huán)試驗。
(5)此外，PIM測量系統(tǒng)與頻率和帶寬的相關(guān)性很強(qiáng)，測量系統(tǒng)難以通用，一般需要根據(jù)測試目的進(jìn)行專門的制作。同時，不僅要測量無源部件的PIM產(chǎn)物，還要能夠?qū)μ炀€和整星進(jìn)行測量。因此，如何設(shè)計一個低PIM的測量系統(tǒng)是進(jìn)行PIM測量首先必須解決的問題。
1.2 PIM的基礎(chǔ)測量方法
對于PIM測量來說，測量方法十分重要。針對不同的器件、不同的測量要求，有4種測量方法：直通測量法、反射測量法、輻射測量法、再輻射測量法，此外還有用于整個衛(wèi)星的整星級測量法。
2WCDMA系統(tǒng)發(fā)射頻段PIM效應(yīng)的分析
所有的無源部件實際上都存在一定程度的非線性。當(dāng)輸入功率較小時，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，與接收信號相比，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)靈敏度的趨勢發(fā)展，無源互調(diào)對通信衛(wèi)星的影響已經(jīng)成為不可回避的重要問題。
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)物不會落入到其自身的接收頻段，而會落到發(fā)射頻段。通過以下數(shù)學(xué)計算可以來驗證這個現(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)，無論f1和f2在2 150～2 210 MHz范圍內(nèi)如何變化，其fPIM3均不會落入到1 920～1 980 MHz的接收頻段，而會落到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-110 dBm的無源互調(diào)信號，也就是干擾信號，這可能會給系統(tǒng)帶來影響，因為這個數(shù)值已經(jīng)大于系統(tǒng)中有用信號的最小幅度了。
3 WCDMA系統(tǒng)發(fā)射頻段PIM的測量系統(tǒng)
在GSM900/1 800和800MHz的CDM八以及WCDMA通信系統(tǒng)中的無源互調(diào)測量時，通常采用雙工器和濾波器來提取IM3值。
一個典型的GSM900接收頻段的二端口器件無源互調(diào)測量系統(tǒng)。當(dāng)f1和f2通過DUT(被測器件)時，DUT的輸出存在4個頻率分量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，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，無法采用雙工器將IM3提取出來，而要采用其他方法。如圖2所示，采用了WCDMA二端口無源互調(diào)測量系統(tǒng)。兩個46 dBm的CW信號分別通過合路器合成到一條傳輸線中并加到DUT上，合成信號通過DUT后被一個低互調(diào)負(fù)載吸收，其中-30 dB的信號被定向耦合器耦合出來，通過一個可調(diào)帶通濾波器，在頻譜分析儀上測試出允許的IM3值。
從測試原理和方法看，無源互調(diào)的測試并不復(fù)雜，但是要完成準(zhǔn)確的測試卻并不容易。在搭建測試系統(tǒng)時，要注意系統(tǒng)中的每個環(huán)節(jié)。
功率放大器由于WCDMA系統(tǒng)中的無源器件會在更高的射頻功率電平下工作，所以WCDMA無源互調(diào)測量系統(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?？墒诡l譜儀工作在安全電平下，同時避免大功率信號在頻譜儀內(nèi)產(chǎn)生有源互調(diào)，可以通過帶通濾波器將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，所以無法用固定濾波器來提取IM3分量?？梢圆捎每烧{(diào)的帶通濾波器來完成這個功能，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。
測試電纜在整個系統(tǒng)中，惟一需要經(jīng)常移動的就是DUT和連接DUT的電纜。采用特種編織電纜或者微波電纜來做無源互調(diào)的測試電纜，如RG 393，這種電纜自身的PIM值可以達(dá)到-165 dBc。
測試系統(tǒng) 從無源互調(diào)測試原理考慮，測試系統(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試精度的不確定因素，如可以用半柔電纜來替代編織電纜，合理掌握接頭的連接力矩，防止系統(tǒng)中器件的移動而導(dǎo)致的接觸不良等因素影響測試。
4 結(jié) 語
從原理上來看，無源互調(diào)的測量方法與有源部件的互調(diào)測量方法類似，但是由于無源互調(diào)自身的特殊性，其測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，要求也更高。目前，國內(nèi)只有航天工業(yè)總公司504所能夠進(jìn)行簡單的測量。
WCDMA系統(tǒng)目前正處于起步階段，其無源互調(diào)的測量也沒有標(biāo)準(zhǔn)可依，目前只有少數(shù)企業(yè)在從事WCDMA無源互調(diào)測試的研究。但由于這個指標(biāo)會直接影響到無源器件的生產(chǎn)和制造，從而進(jìn)一步影響到系統(tǒng)的性能，目前已有越來越多的無源器件制造商和基站制造商開始關(guān)心這個指標(biāo)，相信在不遠(yuǎn)的將來就會有合適的無源互調(diào)測量系統(tǒng)誕生。
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