無源互調(diào)測(cè)量及解決方案

　　1、概述

　　無源器件會(huì)產(chǎn)生非線性互調(diào)失真嗎?答案是肯定的!盡管還沒有系統(tǒng)的理論分析，但是在工程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在一定條件下無源器件存在互調(diào)失真，并且會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)（尤其是蜂窩系統(tǒng)）產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

　　無源互調(diào)（Passive Inter-Modulation，PIM）是由發(fā)射系統(tǒng)中各種無源器件的非線性特性引起的。在大功率、多信道系統(tǒng)中，這些無源器件的非線性會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于工作頻率的更高次諧波，這些諧波與工作頻率混合會(huì)產(chǎn)生一組新的頻率，其最終結(jié)果就是在空中產(chǎn)生一組無用的頻譜從而影響正常的通信。

　　所有的無源器件都會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真。無源互調(diào)產(chǎn)生的原因很多，如機(jī)械接觸的不可靠、虛焊和表面氧化等。

　　5年前，大部分射頻工程師很少提及無源器件互調(diào)問題。但是，隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)新頻率的不斷規(guī)劃、更大功率發(fā)射機(jī)的應(yīng)用和接收機(jī)靈敏度的不斷提高，無源互調(diào)產(chǎn)生的系統(tǒng)干擾日益嚴(yán)重，因此越來越被運(yùn)營(yíng)商、系統(tǒng)制造商和器件制造商所關(guān)注。

　　長(zhǎng)期以來，無源器件的互調(diào)失真測(cè)量技術(shù)一直被國(guó)外公司所掌握，并壟斷了測(cè)量產(chǎn)品市場(chǎng)。今天這種局面發(fā)生了變化，無源互調(diào)測(cè)量技術(shù)難關(guān)已經(jīng)被中國(guó)本土的射頻工程師們攻克，而且低成本的商用無源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)也已誕生。

　　2、無源互調(diào)的表達(dá)方式

　　無源互調(diào)有絕對(duì)值和相對(duì)值兩種表達(dá)方式。絕對(duì)值表達(dá)方式是指以dBm為單位的無源互調(diào)的絕對(duì)值大小；相對(duì)值表達(dá)方式是指無源互調(diào)值與其中一個(gè)載頻的比值（這是因?yàn)闊o源器件的互調(diào)失真與載頻功率的大小有關(guān)），用dBc來表示。

　　典型的無源互調(diào)指標(biāo)是在兩個(gè)43 dBm的載頻功率同時(shí)作用到被測(cè)器件DUT時(shí)，DUT產(chǎn)生-110 dBm（絕對(duì)值）的無源互調(diào)失真，其相對(duì)值為-153 dBc。

　　3、無源互調(diào)測(cè)量方法

　　由于無源互調(diào)值非常小，因此無源互調(diào)的測(cè)量非常困難。到目前為止，無源互調(diào)的測(cè)量項(xiàng)目和測(cè)量方法尚無相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通常都是采用IEC推薦的測(cè)量方法。

　　4、無源互調(diào)測(cè)量面臨的新挑戰(zhàn)

　　隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，新的系統(tǒng)干擾問題不斷出現(xiàn)，給測(cè)量工作者帶來了新的挑戰(zhàn)。

　?。?）反向互調(diào)測(cè)量

　　在一些功率合成系統(tǒng)或者多載頻的共用系統(tǒng)中，當(dāng)兩個(gè)大功率信號(hào)同時(shí)作用于一個(gè)兩端口器件的輸入和輸出端時(shí)，在輸出端口將會(huì)產(chǎn)生很大的互調(diào)產(chǎn)物。在多系統(tǒng)合路平臺(tái)（POI）系統(tǒng)中情況更為復(fù)雜。各種不同頻段的載頻同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)，除了本頻段的互調(diào)干擾外，還會(huì)產(chǎn)生跨頻段的互調(diào)干擾。

　　（2）測(cè)量范圍

　　典型的無源器件，如定向耦合器、功率分配器、雙工器、連接器和電纜組件等，其互調(diào)產(chǎn)物通常在-120～-100 dBm，也就是相對(duì)于43 dBm測(cè)量條件下的-163～-143 dBc；而某些器件的互調(diào)產(chǎn)物更大，如鐵氧體器件的互調(diào)產(chǎn)物可達(dá)-60 dBc甚至更大。對(duì)于前一類器件，不要求測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍太大。目前同類產(chǎn)品的互調(diào)測(cè)量上限是-65 dBm，也就是43 dBm條件下的-108 dBc。對(duì)于后一類器件，可以采用通用的頻譜分析儀測(cè)量。頻譜分析儀是一種通用的射頻分析儀器，也稱為“射頻萬用表”。既然獲此美譽(yù)，頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍必定足夠大。即使是低端頻譜分析儀，測(cè)量范圍也可以達(dá)到-150～30 dBm。

　?。?）測(cè)量精度

　　對(duì)于無源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度，雖然目前還沒有相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但是無源互調(diào)的測(cè)量精度依然是有章可循的。與測(cè)量精度有關(guān)的因素有功率校準(zhǔn)和系統(tǒng)的剩余互調(diào)。

　　●功率校準(zhǔn)

　　功率校準(zhǔn)對(duì)于測(cè)量精度有很大關(guān)系。從理論上說，載頻增加1 dB，互調(diào)產(chǎn)物增加3 dB。在IEC推薦的測(cè)量方法中，建議加載到DUT的測(cè)量功率是每載頻43 dBm，這個(gè)值已經(jīng)成為行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量功率。隨著通信系統(tǒng)功率的不斷增加，參照功率標(biāo)準(zhǔn)并非一成不變，可能會(huì)出現(xiàn)更高的參照功率標(biāo)準(zhǔn)。

　　要準(zhǔn)確校準(zhǔn)測(cè)量端的功率，頻譜分析儀不是最合適的選擇，因?yàn)轭l譜分析儀的幅度測(cè)量精度通常為±1dB，加上衰減器的影響，總的功率誤差可能超過±1 dB。大功率測(cè)量的最佳手段莫過于通過式功率計(jì)，這種功率計(jì)采用高方向性的定向耦合器，可以提供大功率在線測(cè)量。

　　●系統(tǒng)的剩余互調(diào)

　　測(cè)量系統(tǒng)自身的剩余互調(diào)值是系統(tǒng)的最主要指標(biāo)之一。系統(tǒng)剩余互調(diào)和DUT互調(diào)之間的差值決定了測(cè)量結(jié)果的精度。在IEC中建議的可接受的系統(tǒng)剩余互調(diào)和DUT互調(diào)之間的差值為10 dB。這意味著系統(tǒng)的測(cè)量誤差為+2.4/-3.3 dB。在小互調(diào)測(cè)量情況下，這個(gè)誤差完全可以接受。對(duì)于大互調(diào)測(cè)量（大于-80 dBc時(shí)），10 dB的余量似乎小了些，20 dB比較合理。

　　5、無源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要考慮的要素

　　無源互調(diào)測(cè)量實(shí)際上是在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)器件在實(shí)際工作條件下所產(chǎn)生的無源互調(diào)，因此，如何能逼真地模仿實(shí)際工作環(huán)境是無源互調(diào)測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。要做到這一點(diǎn)，必須考慮以下幾大要素。