大功率多信道通信系統(tǒng)中無源互調(diào)的產(chǎn)生機理和測試系統(tǒng)的設(shè)計（二）

5.PIM測試系統(tǒng)的設(shè)計

目前中國的三大移動通信采購商已經(jīng)將互調(diào)指標納入集采要求，且各個設(shè)備及系統(tǒng)供應(yīng)商也將互調(diào)指標較好的產(chǎn)品與互調(diào)指標較差的產(chǎn)品在采購價格上區(qū)分開來，互調(diào)指標更好的產(chǎn)品可以獲得更大的利潤空間。這些都迫使下游的設(shè)備制造商或者分包商們必須對生產(chǎn)產(chǎn)品的PIM進行測試區(qū)分。從通信產(chǎn)品采購商到分包商再到制造商，每個環(huán)節(jié)都需要進行測試或者驗收，這就要求每個環(huán)節(jié)至少有一套PIM測試設(shè)備，按照中國上百家的設(shè)備制造商來算的話，PIM測試設(shè)備的潛在需求非常之大。

在選擇測試儀表進行無源互調(diào)測試方面，雖然市場上生產(chǎn)PIM測試設(shè)備的生產(chǎn)商有很多家，國內(nèi)的、國外的都有，但是能夠提供的精準測量儀表還很有限。其中，國外產(chǎn)品很有優(yōu)勢，以美國S u m m i t e k、Rosenberger為代表，他們無源互調(diào)測試設(shè)備在兩路20W的射頻信號輸入下，PIM系統(tǒng)測試值都可達到-170dBc水平，涵蓋頻段也可以從400~3500MHz,但價格相對昂貴，從70到200萬人民幣一臺不等。國內(nèi)產(chǎn)品的主要優(yōu)勢是價格便宜，大約在20到50萬人民幣左右，以杭州紫光、南京納特、博訊通電子等廠商為代表，但目前只有少數(shù)廠商能夠?qū)⑷l率覆蓋到。

通過上面的了解，雖然商用測試設(shè)備集成度高、使用方便，但不論是國內(nèi)的還是國外的PIM測試設(shè)備都是一筆不小的投入，而且如果想要把測試頻段全面覆蓋的話，對一般的設(shè)備制造商來說不太可能。

筆者根據(jù)多年的無源產(chǎn)品PIM測試經(jīng)驗以及對PIM測試方法的理解設(shè)計了一套測試方便，且可以自行搭配的測試系統(tǒng)。并與國內(nèi)外的測試系統(tǒng)的測試精度做了對比。

5.1 自制系統(tǒng)的搭建

考慮到被測產(chǎn)品有單端口、雙端口或者多端口的之分，且不同類型的測試方法不同，我們試驗把無輻射傳輸式和無輻射反射式兩種方式充分融合，放入到一套測試系統(tǒng)中，經(jīng)過簡單的移動換接就可以實現(xiàn)多種測試。測試系統(tǒng)原理圖如圖8所示。

圖中左側(cè)是提供兩個射頻信號(f1和f2)輸出的信號源，通過功率放大器進行信號放大后輸入到合路器。合路器進行信號合成后再進入到自制雙工器的TX端口，TX通道只傳輸兩個射頻信號(f1和f2)，其他階次頻點全部被濾波器抑制掉。RX則允許三階、五階以及更高階次頻點或頻段通過，對兩個輸入的射頻信號進行抑制。雙工器可以根據(jù)用戶測試需要，設(shè)計不同的頻段換接使用。雙工器的RX端口輸出信號接到頻譜分析儀，ANT端口直接連接到DUT的輸入端，此時頻譜分析儀檢測到的信號為DUT(被測件)的反射PIM.DUT的輸出端連接到自制分路器中，分路器的作用是對兩射頻信號與PIM信號進行分離，分路器的輸出f1和f2的一端連接到大功率負載上，對信號進行衰減吸收，另一端連接到頻譜分析儀上，對DUT的傳輸PIM信號進行測試。

自制系統(tǒng)的可進行以下幾種測試：

1 )功率校準測試：參照客戶規(guī)格書或者I E C - 6 2 0 3 7標準，首先確定D U T的輸入端需要加載的功率。我們以采用2×20W(43dBm)功率為例，如圖8所示，我們需要在DUT的輸入端也就是雙工器的輸出端進行功率測試。由于20W的功率已超出功率計耦合探頭的輸入功率要求，為了避免損壞測試設(shè)備，我們應(yīng)在探頭前端接入大功率衰減器，功率計不能直接連接到雙工器的輸出端。分別打開兩路信號，記錄譜儀的讀值，經(jīng)過換算后確定雙工器的輸出端輸出的兩路信號是否符合要求，如不符合要求，調(diào)整信號源幅度值到合格為止。

2 )系統(tǒng)殘余P I M值測試：在對D U T進行P I M測試前，首先進行系統(tǒng)殘余P I M值測試。由于系統(tǒng)中存在一些器件(如雙工器、分路器、連接電纜、大功率負載等)，如果器件本身PIM值較差會直接影響到測試精度。如圖8所示，功率校準后，移除DUT及功率計，雙工器的輸出端經(jīng)過一根低互調(diào)電纜直接連接到分路器的輸入端，兩臺譜儀監(jiān)測到的就是系統(tǒng)殘余的反射和傳輸PIM,也就是系統(tǒng)中各個器件的PIM值最差值。如果想要提高測試系統(tǒng)的測試精度，則需要在器件的設(shè)計要非常細致，在測試電纜的采購上要精挑細選(一般會采用Rosenberger廠家的低互調(diào)測試電纜)。

3)單端口器件PIM值測試：單端器件測試比較簡單，只能采用反射式測量方式進行。功率校準后，DUT直接連接到雙工器的后端，打開兩路信號在前端譜儀上進行PIM值讀取。

4)雙端口或多端口器件PIM值測試：對雙端口或多端口器件進行測試時，可以通過前后兩個譜儀同時檢測到反射和傳輸PIM值，更能直觀地定位PIM產(chǎn)生的位置，方便產(chǎn)品的問題分析。

自制系統(tǒng)的搭建可以方便用戶對不同頻段不同型號的產(chǎn)品的測試，并且儀表在有其他用途的時候可以隨時拆除，儀表利用率比較高。甚至在沒有PIM測試安排的情況下，可以把整個系統(tǒng)進行拆除分開使用或者存放，方便安全。整個自制系統(tǒng)的費用(除去儀表)大概在5000元以內(nèi)，較大地節(jié)省了開支。圖9、圖10為兩個自制系統(tǒng)實物圖。

5.2 測量精度對比

雖然自制系統(tǒng)存在很多優(yōu)勢，但由于系統(tǒng)中自制件及連接電纜較多，對系統(tǒng)搭建人員自身素質(zhì)要求較高等因素，系統(tǒng)的測試精度能否滿足DUT的測試要求，很多人持懷疑態(tài)度，下面我們就自制系統(tǒng)測試精度，及與其他系統(tǒng)對比數(shù)據(jù)做下分析。

圖1 1、圖1 2為移動通信D C S 1 8 0 0頻段產(chǎn)品的測試系統(tǒng)， 兩射頻信號分別 為f1=1820MHz,f2=1865MHz,三階互調(diào)信號f p i m = 1 7 7 5 M H z.f 1和f 2信號的功率均為+ 4 3 d B m , 兩臺儀表的監(jiān)視值均在-125±2dBm范圍，修正測試電纜及儀表測試誤差等因素，并連續(xù)讀取三次數(shù)值算平均，系統(tǒng)的殘余互調(diào)應(yīng)該在-120dBm(-1 6 3 d B c )水平，完全滿足I E C所建議的水平，甚至與Summitek、Rosenberger等國外儀表商測試水平接近。

查詢國內(nèi)外相應(yīng)頻段測試設(shè)備，系統(tǒng)殘余PIM指標對比數(shù)據(jù)見表1.

6.PIM的減小措施

由于PIM產(chǎn)物對移動通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量有很大的影響，我們必須采取一些有效措施使系統(tǒng)中的PIM產(chǎn)物降到最低。為了到達這一目的我們必須謹慎行事，注意方方面面的細節(jié)，比如產(chǎn)品的設(shè)計、產(chǎn)品的焊接、產(chǎn)品的裝配、材料的質(zhì)量、表面處理的質(zhì)量及整件的安裝、操作、維護等，而不應(yīng)該把PIM問題歸咎到某一個問題上。

對于無源器件，我們可以采用以下措施來減小或者降低PIM產(chǎn)物的影響：

1)避免在產(chǎn)品中使用非線性材料。如果因為設(shè)計需要必須使用的話，應(yīng)對材料外表面進行電鍍處理;

2)產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)簡化產(chǎn)品的連接點，盡量避免過多使用連接點，且使用的連接點必須是精確的，在足夠的壓力下要能維持較好連接，連接點在條件允許的情況下應(yīng)錫焊或者冷焊結(jié)點;

3)在零件接觸處應(yīng)避免使用過大或者過小的接觸面，防止壓接不良，并且要避免使用不同材料間直接接觸;

4)產(chǎn)品在表面處理前應(yīng)充分清洗零部件，避免產(chǎn)生氣泡或者附著力差等現(xiàn)象，表面涂覆要均勻，鍍層厚度足夠厚，且要防止氧化;

5)如需使用電纜時，電纜長度應(yīng)該采用最短的連接方式。最好要使用剛性或者半剛性的同軸電纜。

7.結(jié)束語

本文對移動通信系統(tǒng)中PIM產(chǎn)生的機理問題進行了研究和分析。介紹了針對無源器件PIM的測量方法，并且結(jié)合多年的PIM測試經(jīng)驗和對測量方法的理解設(shè)計了一套較為實用的PIM測試系統(tǒng)。最后也提出了無源器件中減小PIM產(chǎn)物的一些措施和建議。

通過這幾個方面的分析和研究，我們相信有更多的人對無源產(chǎn)品的互調(diào)干擾有了一定的認識。以后也會有更多的人投入到PIM的相關(guān)研究中。