無源互調測量及解決方案

　　1、概述

　　無源器件會產(chǎn)生非線性互調失真嗎?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失真，并且會對通信系統(tǒng)（尤其是蜂窩系統(tǒng)）產(chǎn)生嚴重干擾。

　　無源互調（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產(chǎn)生相對于工作頻率的更高次諧波，這些諧波與工作頻率混合會產(chǎn)生一組新的頻率，其最終結果就是在空中產(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產(chǎn)生互調失真。無源互調產(chǎn)生的原因很多，如機械接觸的不可靠、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問題。但是，隨著移動通信系統(tǒng)新頻率的不斷規(guī)劃、更大功率發(fā)射機的應用和接收機靈敏度的不斷提高，無源互調產(chǎn)生的系統(tǒng)干擾日益嚴重，因此越來越被運營商、系統(tǒng)制造商和器件制造商所關注。

　　長期以來，無源器件的互調失真測量技術一直被國外公司所掌握，并壟斷了測量產(chǎn)品市場。今天這種局面發(fā)生了變化，無源互調測量技術難關已經(jīng)被中國本土的射頻工程師們攻克，而且低成本的商用無源互調測量系統(tǒng)也已誕生。

　　2、無源互調的表達方式

　　無源互調有絕對值和相對值兩種表達方式。絕對值表達方式是指以dBm為單位的無源互調的絕對值大??；相對值表達方式是指無源互調值與其中一個載頻的比值（這是因為無源器件的互調失真與載頻功率的大小有關），用dBc來表示。

　　典型的無源互調指標是在兩個43 dBm的載頻功率同時作用到被測器件DUT時，DUT產(chǎn)生-110 dBm（絕對值）的無源互調失真，其相對值為-153 dBc。

　　3、無源互調測量方法

　　由于無源互調值非常小，因此無源互調的測量非常困難。到目前為止，無源互調的測量項目和測量方法尚無相應的國際標準，通常都是采用IEC推薦的測量方法。

　　4、無源互調測量面臨的新挑戰(zhàn)

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

　?。?）反向互調測量

　　在一些功率合成系統(tǒng)或者多載頻的共用系統(tǒng)中，當兩個大功率信號同時作用于一個兩端口器件的輸入和輸出端時，在輸出端口將會產(chǎn)生很大的互調產(chǎn)物。在多系統(tǒng)合路平臺（POI）系統(tǒng)中情況更為復雜。各種不同頻段的載頻同時進入系統(tǒng)，除了本頻段的互調干擾外，還會產(chǎn)生跨頻段的互調干擾。

　?。?）測量范圍

　　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，其互調產(chǎn)物通常在-120～-100 dBm，也就是相對于43 dBm測量條件下的-163～-143 dBc；而某些器件的互調產(chǎn)物更大，如鐵氧體器件的互調產(chǎn)物可達-60 dBc甚至更大。對于前一類器件，不要求測量系統(tǒng)的測量范圍太大。目前同類產(chǎn)品的互調測量上限是-65 dBm，也就是43 dBm條件下的-108 dBc。對于后一類器件，可以采用通用的頻譜分析儀測量。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，頻譜分析儀的動態(tài)范圍必定足夠大。即使是低端頻譜分析儀，測量范圍也可以達到-150～30 dBm。

　　（3）測量精度

　　對于無源互調測量系統(tǒng)的測量精度，雖然目前還沒有相應的國際標準，但是無源互調的測量精度依然是有章可循的。與測量精度有關的因素有功率校準和系統(tǒng)的剩余互調。

　　●功率校準

　　功率校準對于測量精度有很大關系。從理論上說，載頻增加1 dB，互調產(chǎn)物增加3 dB。在IEC推薦的測量方法中，建議加載到DUT的測量功率是每載頻43 dBm，這個值已經(jīng)成為行業(yè)的標準測量功率。隨著通信系統(tǒng)功率的不斷增加，參照功率標準并非一成不變，可能會出現(xiàn)更高的參照功率標準。

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

　　●系統(tǒng)的剩余互調

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

　　5、無源互調測量系統(tǒng)的實現(xiàn)需要考慮的要素

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