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微波暗室的剩余互调测量初探文丨朱辉0引言：为什么要测量微波暗室的剩余互调微波暗室分为全电波暗室和半电波暗室。
全电波暗室定义为六面装有吸波材料的屏蔽室，用于模拟自由空间；半电波暗室则是五面装有吸波材料，地面为反射面，用于模拟开阔场。
常见的微波暗室的墙体由铁氧体材料加微波吸波材料组成。
和其他无源器件一样，微波暗室也遵循互调产生的机理。
在大功率多载频的作用下，微波暗室的墙 体（铁氧体和吸波材料）会产生互调。
在天线的无源互调 测试中，如果微波暗室自身的互调大于被测天线的互调或 能与之相比拟，则会影响天线互调的测试精度。
因此，我 们将微波暗室（为天线互调测量提供环境）自身的无源互 调产物称为剩余互调。
微波暗室实际上是无源互调测试系统的一部分，其作 用是为天线的互调测试提供一个纯净的电磁环境。
因此，在测量天线的无源互调之前，必须先对暗室的剩余互调进 行评估。
本文首先提出了微波暗室剩余无源互调的定义，提出 了几种测试方法，并描述了一种模拟实验的过程。
1微波暗室剩余无源互调的描述和定义1.1无源亘调的定义回顾无源互调（PIM )可以采用以下两种方式来定义（见 图1 ):(1 )绝对值表达法：的绝对值大小（S的大小），以d B m为单位。
(2 )相对值表达法：P I M的绝对值和其中一个载频 的差值M和S的差值），以d B c为单位。
无论哪种表达方式,都必须同时说明测试条件和结果。
测试条件就是加载到D U T的两个载频的功率幅度A,而 测试结果则是指由此产生的互调产物5。
在蜂窝移动通信系统中，无源互调典型指标的表达方 式是：当两个+43d B m的载频信号同时加到一个无源器 件（如天线）时，无源器件产生了一个幅度为-107dB m 的互调产物，此时可将这个无源器件的互调产物描述图1无源互调的表达方式为—107dBm@2x43d B m,或-150d B c@2x43d B m…1.2微波暗室无源互调的定义微波暗室的无源互调指标至今尚未明确定义。
（a）线性系统（b）非线性系统图1线性/非线性系统信号变化示意从图1（b）可以看出，正半周的幅度比负半周的幅度要大，而且与原有信号相比，该波形的特性发生了质的变化。
这时的信号由原来的基波和相应的谐波叠加而成，这些谐波将同传输线上的其他载波进行互调。
当输入信号为2个单音信号时，会产生2个单音的三阶互调（IM3）产物，频率分别是2×1-2和2×2-1，也会产生2个单音的5阶互调（IM5）产物，频率分别是3×1-2×2和3×2-2×1；2个单音的7阶互调（IM7）产物，频率分别是4×1-3×2和4×2-3×1，如图2所示。
图22个单音信号的互调产物当输入的信号一个是单音信号，一个是宽带信号时，产生的互调产物都是宽带信号，3阶和5阶互调产物的频率和带宽如图3和图4所示。
图3一个单音信号和一个宽带信号的互调产物（case1）图4一个宽带信号和一个单音信号的互调产物（case2）当输入信号是2个宽带信号时，会产生2个宽带的3阶互调产物，也会产生2个宽带的5阶互调产物，互调产物的频率和带宽，如图5所示。
图52个宽带信号的互调产物2PIM的测试一般PIM信号电平水平较低，测量比较困难。
目前，国际上尚无相应标准的PIM测试方法，IEC62037建议的测试方法被普遍采用。
因此，较为精确的测试方法可以为研究PIM的产生机理及特性分析提供可靠的实验数据[4]。
PIM测试方案可分为“非辐射式、辐射式和再辐射式”PIM 测试3种。
在实际测试时，需要根据被测件与设备的特性，选择不同PIM测试方法进行测试。
①非辐射式PIM测试系统适用于非辐射型诸如大功率负载、滤波器、双工器和多工器等的单端口、双端口和多端口射测试系统测试系统适主要适用于对天线及馈源的测试。
辐射式单端口馈源PIM测试系统框图如图7所示（参见标准）。
测试的基本原理：将被测天线单元和低PIM接收天线置于微波暗室中，首先利用射频合路器将2路不同频率的大功率测试信号1、2进行合成，最终由低PIM天线单元。
无源互调（PIM）影响因素及常见问题（一）随着通信技术的快速发展，特别是5G天线，通信频率的增高，以及语音和数据信号容量的增加，之前对信号产生影响较小的因素也被越来越重视起来，无源互调就是其中之一。
1什么是无源互调（PIM）无源互调（Passive Inter-Modulatio）又称无源交调、互调失真等，是由射频系统中各种无源器件产生的，只要一个射频导体中存在两个或两个以上的RF信号，就会产生互调，产生一个或多个新的频率，这些新产生的频率与工作频率混合在一起就会影响到通信系统。
无源互调值非常小，一个典型的无源互调指标是在二个+43dBm的载频功率同时作用到被测器件（DUT）时，DUT产生-110dBm（绝对值）的无源互调失真，其相对值为-153dBc,相当于一根头发丝的直径对比地球到太阳之间的距离。
因此测试非常因难，大多采用IEC 推荐的正向和反射互调产物的测量方法。
2无源互调的来源PIM可以发生在任何两种不同金属的连接点或接口处，例如连接器和电缆组件的连接处，天线和天线馈源的连接处。
接触不良的连接器，内部生锈或氧化的连接器也可能会导致PIM。
PCB材料也可能是PIM的来源，它可能来自于材料本身，也可能来自馈电点。
3无源互调分类（1）正向互调正向互调也被称为传输互调，其定义是当两个载频同时输入到一个双端口(或多端口）器件时，在输出端所产生的互调。
在测试过程中，任何空闲端口必须接低互调负载。
从频段细分，正向互调又可分为落入发射频段和落入接收频段两种,它们的区别取决于f1和f2的之间的差值△，2f1—f2和f1之间的间隔、2f2—f1和f2之间的间隔都等于△，从这个规律可以直观判断互调产物的位置。
同样是正向互调，落入发射频段和接收频段互调的测试方法却大相径庭。
卫星通讯天线无源互调原理
卫星通讯天线的无源互调（PIM）原理是指，在射频信号路径中，由于各种无源器件（如天线、电缆或连接器）的非线性特性，导致两个或更多的射频信号相互混合，产生新的杂散信号。
在大功率、多信道系统中，这种互调现象更为显著，可能由铁磁材料、异种金属焊接点、金属氧化物接点、被污染的器件和松散的射频连接器等因素引起。
如果两个基波信号的频率分别为f1和f2，那么PIM干扰信号的频率（F_PIM）可以用以下公式来描述：F_PIM = m * f1 ± n * f2，其中m和n是正整数，m 和n的乘积叫做混频信号的阶数。
虽然通过滤波可以把信号发射路径中由功放产生的干扰信号去掉，但是射频信号路径中由无源器件（如天线、电缆或连接器）引起的PIM干扰信号是无法滤掉的。
信号发射（Tx）通道中的PIM干扰信号会进入信号接收（Rx）通道，这会增加接收通道中的噪声功率从而降低无线通信的质量。
因此，无源互调是限制系统容量的重要因素，制造商需要对应用在基站中的射频器件进行100%的检查，以确保器件的无源互调始终维持在合格范围。
以上信息仅供参考，如需获取更多详细信息，建议查阅相关文献或咨询卫星通讯专家。
1.什么是无源互调（PIM）？无源互调与有源互调相类似，只是无源互调是无源器件产生的。
只要在一个射频导体中同时存在两个或两个以上RF信号，就会产生互调。
当器件中存在一个以上的频率时，任何无源器件都会产生无源互调产物。
由于不同材料的连接处的具有非线性，信号会在结点混合。
典型地，其奇数阶互调产物（如IM3=2*F1-F2）会落在基站的上行或接收频段内，成为干扰接收机工作的信号。
它会造成独立于接收机随机底噪的接收机减敏现象。
2.产生PIM的典型原因？在射频器件（天线、电缆、滤波器等）中，有三个典型的成因：1．射频通道中不良的机械结点2．射频器件的材料具有磁滞现象（如不锈钢）3．射频通道中的表面或接触面受到污染。
例如，焊料（会吸附其他污染物）和加工过程中的金属微粒。
在一个完整的基站中，大功率放大器和接收机滤波器之间的任何无源器件都会产生严重的无源互调信号。
铁塔（“生锈螺钉噪声”）或发射天线的直射波周围的金属物质也会产生无源互调信号。
3.什么是IM3和IM5？它一般用来说明我们所讨论的互调产物的阶数。
IM表示“互调（inter-modulation）”。
紧跟着的数字是产生互调产物的两个母信号的整数倍频之和。
通过下表，可以很好的理解这个概念：IM Calculation互调计算IM Order互调阶数2*F1±1*F2 = F IM3Third Order (2+1=IM3)3*F1±2*F2 = F IM5Fifth Order (3+2=IM5)4*F1±3*F2 = F IM7Seventh Order (4+3=IM7)5*F1±4*F2 = F IM9Ninth Order (5+4=IM9)一般来说，阶数越小能量越大。
尽管如此，在选频系统中，接收机中的五阶互调产物大于三阶互调产物也是有可能的。
4.如果定义“良好”的PIM值？一个给定的RF器件所要求达到的无源互调水平对于该器件所在的最终系统的性能来说，是非常重要的。
微波天线的无源互调问题分析【摘要】无源互调（PIM）是由无源电路（如基站移动通信系统中的基站天线）的非线性造成的。
当测量一个微波天线的PIM性能时，标准的PIM产生器对评估测量系统的性能是非常有用的。
本文最终目的是使用一个小型阵列天线或单元天线评估大型阵列天线情况下的小测量环境。
因此我们应该讨论在一个小空间中的天线增益对PIM测量的影响。
【关键词】无源互调；微波天线；小型阵列天线；天线增益1.引言在微波通信系统中，与外界传播媒介接口是天线系统。
天线的选取和设计直接关系到整个网络的质量。
无源互调干扰会使大功率无线通信系统的传输过程中产生畸变从而影响正常通信（如GSM基站）。
其中最关键的部件是天线。
当今天线结构变得越来越复杂，受无源互调干扰影响的风险也随之增加。
因此，天线设计者有必要掌握无源互调干扰及其解决办法，从而针对PIM干扰调整各种天线结构的配置。
本文提出了一个安装在印刷偶极天线上的PIM源，它是文献[6]的修正，还提出了外界PIM源[7]的简化模型。
根据PIM特性给出了它们的性能之后，采用所提出的天线和文献[3][4]中的贴片天线讨论了天线增益对PIM测量的影响。
2.装载在印刷偶极天线上的PIM源和外来的PIM源本文使用一个厚度为1.6mm、介电常数为的印刷电路板，这里铜箔的厚度为。
在半刚性电缆中，印刷电路板上与缝隙线相重叠的外导体有一部分被移去的激励天线。
一个长为的开路短线和长度为的短路线连接到激励点，这对天线的带宽起增大作用。
在天线的顶端安装PIM源（二极管1），二极管安放在狭缝之上，且有一个小的空气间隙存在。
使用了一个由轴向肖特基二极管（RB721Q-40）做成的环状PIM源，本文中选其周长为30mm。
当时提出的天线产生最大的PIM，当时产生最小PIM。
因此，PIM电平由二极管角度决定。
除了产生的PIM之外，这并不影响天线的基本特性。
本文也准备了两种外加PIM源，其组成结构如图1所示。
微波暗室测试近场测试所谓近场天线测试的近场是指测试探头到被测天线端口平面的距离约为3λ5λ。
满足这种条件的天线测试称为近场测试近场天线测试系统主要由这么几部分组成：1.多轴扫描机架系统（包括控制驱动器和电缆组件）。
2.被测天线定位子系统，通常由一个单轴或多轴转台，控制驱动器及电缆组件组成。
3.射频子系统，包括发射源，接收机及射频电缆组件。
4.系统主控制器和系统软件，负责向扫描架和转台子系统发送定位指令，采集测试数据，进行近场和远场转换计算，分析测试结果。
每个天线测试应用都有自己的独立特点，而我们提供的近场天线测试系统也有很多不同规格的选择。
具体的系统需要根据用户的具体情况进行配置。
远场测试所谓远场天线测试的远场就是指符合r=2d2/λ条件的天线测试,其中r就是测试场的收发间距离,d就是被测天线的最大口径,而λ测试频率的波长.远场天线测试系统主要由这么几部分组成;1.接收端单轴或多轴转台子系统（包括控制驱动器和电缆组件）。
2.发射子系统通常由单轴转台、控制驱动器和电缆组件组成。
3.射频子系统，包括发射源、接收器和射频电缆组件。
4.系统主控器及一个负责给转台子系统发定位指令，采集测试数据和分析测试结果的系统软件。
每个天线测试应用都有自己的独立特点，而我们提供的远场天线测试系统也有很多不同规格的选择。
具体的系统需要根据用户的具体情况进行配置。
紧凑型现场试验紧缩场天线测试的紧缩场意思是指在一个相对小(紧缩)的空间里产生出传统远场天线测试所需要的平面波.产生这种一致性很好的平面波的设备就需要在有限空间里增设双曲反射面来延伸辐射空间.紧缩场天线测试系统主要由这么几部分组成;1.被测天线的单轴或多轴转台子系统（包括控制驱动器和电缆组件）。
2.进给子系统通常由单轴或多轴转台、控制驱动器和电缆组件组成。
3.双曲单反射器或双曲双反射器用于在有限空间内产生满足远场测试条件的平面波。
4.射频子系统，包括发射源、接收器和射频电缆组件。
无源互调检测暗室介绍
PIM介绍: 无源互调（Passive Inter-Modulation, PIM）是由天线发射系统中各种无源器件的非线性特性引起的。
在大功率、多信道系统中，由于其大功率特性，使传统的无源线性器件产生较强的非线性效应，这些无源器件的非线性会产生相对于工作频率的更高次谐波，这些谐波与工作频率混合会产生一组新的频率，其最终结果就是在空中产生一组无用的频谱（三阶互调产物, 五阶互调产物, 七阶互调产物…）,如果这些互调产物落在发射或接收波段区间，并且这些互调产物的功率超过系统中有用信号的最小幅度, 就会影响正常的通信。
所有无源器件由于非线性特性都会产生互调失真，其产生的原因很多，如机械接触的不可靠、虚焊和表面氧化等。
在GSM900通信系统与3G通信系统中，随着发射功率的增加，由发射频段产生的三阶互调产物会落入到他们各自的接收频段。
通过以下数学计算可以来验证这个现象
1- 2G GSM上行/下行 [890,915]/[935,960] fPIM3=[910,985] fPIM5=[885,1010] fPIM7=[860,1035]
2- 3G WCDMA / CDMA2000 / TD-SCDMA 上行/下行 [1920,2060]/[2110,2170]
fPIM3=[2050,2230] fPIM5=[1990,2290] fPIM7=[1930,2350]
从上述计算结果可知，GSM900与3G通信系统中，fPIM3/ fPIM5/ fPIM7均落入到上行的接收频段。
如果在发射频段产生一个-110dBm的无源互调信号，也就是干扰信号，这可能会给系统带来影响，因为这个数值已经大于系统中有用信号的最小幅度。
因此当输入功率较小时，由于器件的非线性程度较弱，可以忽略其非线性而近似为线性器件。
但当输入功率很大时，与接收信号相比，非线性因素所造成的影响比较大，就不能被忽略了。
随着移动通信网络的发展，运营商面临数据业务增长过快带来了各种挑战，这些挑战催生了有源基站天线的大量运用，促使了移动通信系统向更低能耗、更高功率、更宽频带和更高的接收机灵敏度的趋势发展，无源互调对移动通信的影响已经成为不可回避的重要问题。
天线无源互调电平测量系统与测量方法
天线PIM 测量系统应具有以下特点：
(1) 大功率信号源：PIM 的测量是大功率测量问题，一般需要以高于工作功率电平2～4倍的功率进行测量，微波功率高达上百瓦甚至几千瓦。
(2) 高灵敏度接收机由于PIM 的功率电平一般都非常低，对测量系统的灵敏度要求很高。
(3) 低PIM 组件：PIM 测试系统的组成部件本身必须是高性能、低PIM 的。
专用的合成器、定向耦合器、滤波器等产生的PIM 电平必须控制在被测件PIM 电平的-6dB 以下，连匹配负载都要采用不产生PIM 的特殊负载，以保证整个测试系统能够正常工作。
(4) PIMP （Passive Inter Modulation Product ，无源互调产物）与环境温度有关，并随着时间发生变化，因此需要进行长时间的温度循环试验。
(5) 此外，PIM 测量系统与频率和带宽的相关性很强，测量系统难以通用，一般需要根据测试目的进行专门的制作。
同时，不仅要测量无源部件的PIM 产物，还要能够对天线和整星进行测量。
因此，如何设计一个低PIM 的测量系统是进行PIM 测量首先必须解决的问题。
有源基站天线参考图片
天线接收（反射）PIM测试布置如下图所示
PIM测试的准确性会受到测试系统外部或内部很多因素的影响。
影响天线产品的PIM测试结果的因素包括以下几个方面：
a）暴露在AUT辐射场中的导电材料；
b）AUT的安装附件出现松动、损坏或腐蚀；
c）暴露在来自AUT辐射的射频场中的松动或腐蚀的附件；
d）测试系统外部的无线电射频信号；
e）性能很差的同轴接口电缆；
f）接口连接处存在肮脏、污染、磨损；
g）接口连接不当；
h）射频接口连接屏蔽不善；
i）来自于测试设备的未经过滤的有源互调。
如果条件允许，天线PIM电平测量可在室外完成。
在进行这种测试时，必须满足政府规章中允许的射频辐射电平要求，另外，来自于AUT的射频能量辐射，可能在周围物体上产生PIM，并反射到天线中，导致天线PIM测试结果存在误差，同时来自于外部的射频辐射也可能会干扰测试质量，因此为准确测量天线PIM电平，测试应当在一个低PIM测试环境的电波暗室(也称为无源互调检测暗室,互调检测暗室,无源互调暗室,PIM暗室或PIM test Chamber)里进行，这样可减少或消除很多影响因素。
天线无源互调接收（反射）电平暗室测量数学模型
三阶PIM接收电平
其中σ代表连接件的PIM电平与输入信号的比值(dBc)
ω3代表PIM3的频率(MHz)
从上述模型中可知，为准确测量天线PIM电平，暗室建造的关键是吸波海绵的选择以及暗室壳体的材料和施工方法，以期降低数学模型中的第一项。
深圳常宁电子作为天线测试系统供应商与微波暗室设计制造商, 在近一年的时间内, 成功完成一支持大口径金属网状展开天线的高阶(13rd阶)互调电平精准测量的大型暗室工程, 以及为数不少的支持无源基站天线与天线+RRU的有源基站天线3rd, 5th互调电平精准测量的小型暗室工程 (如Commscope, Andrew etc.公司), 成为基站通信天线, 微波通信天线等天线无源互调PIM电平精准测量暗室工程制造行业之佼佼者。
用于BTS天线无源互调电平(PIM)精准测量的暗室主要技术指标
Changning’s BTS antenna PIM Test Chamber Technical Specifications
●异性外观，幕墙色彩工业设计，6m(Length) x 5m(max Width) x 4.6m(max Height)，焊接工艺
●满足无源基站天线与有源基站天线PIM3电平测量所需的环境
●暗室工作频率范围: 400MHz – 18GHz
●暗室屏蔽效能 >100dB @ 400MHz – 18GHz
●暗室残留PIM电平 < -165dBc PIM3@2x43.5dB m (测试频段 700MHz~6GHz)
●优质国产700MM+500MM吸波海绵，高阻燃性能，连续照射承受功率容量1kw/m²
●全手工打造木制天线测试架与测试平台
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