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无源交调干扰（PIMI）的产生与预防——射频连接器低PIM设计中国电子科技集团公司第40研究所李明德无源交调干扰（PIMI ）的产生与预防——射频连接器低PIM 设计中国电子科技集团公司第40研究所 李明德摘要 本文阐明了无源交调干扰（PIMI ）的定义、产生特点及其危害；分析了目前PIMI 问题突出的原因、无源交调(PIM)产生的基本原理以及影响PIM 产生的因素；提出了如何进行低交调（LIM ）设计进行预防，并通过试制测试进行了验证。
关键词 PIMI 基本原理 影响因素 LIM 设计1 PIMI 的定义、产生特点及其危害1.1 定义当两个信号频率为1f 和2f 或多个信号频率同时通过同一个无源射频传输系统时，由于传输系统非线性的影响，使基频信号之间产生非线性频率分量。
这种现象被称为交调（intermodulation —IM ），或称互调。
把非线性频率分量称为交调产物（Intermodulation Product —IMP ）。
这些IMP 如果落在接收频带内，又足够的强，则形成对基波信号频率的干扰，称这种干扰为无源交调干扰（Passive Intermodulation Interference —PIMI ），或无源交调失真（Passive Intermodulation Distortion —PIMD ）。
交调产物（IMP ）用下式表示112M f mf nf =± · · · （1）式中： 1f 、2f 为输入基波频率1M f 为交调频率或称交调产物m、n为包括1在内的正整数、m+n为IMP的阶数例当m+n=3时，则为三阶交调。
注：无源射频传输系统，即由无源射频电路元件组成的系统。
无源射频电路元件包括：电阻器、电感器、电容器、连接器、滤波器、传输线、天线等。
1.2 PIM产生的特点由于PIM是由于传输系统的非线性而产生，实际的传输系统都或多或少存在着非线性，理想的线性元件是不存在的，因而PIM的产生是固有的，不因选择的频率而变化；PIMP的生成不遵守通常的二次方程定律，因而要精确地计算导致IM的能量电平是不可能的；PIM的产生，与S参数相比，不可能进行模拟或用相关的分析软件进行预报，因而，要想得知产品的IM性能，唯一的方法就是进行测试。
关于射频同轴连接器基本设计原则的探讨中国电子科技集团公司第四十研究所李明德摘要详细阐述了三项设计原则的来历和具体内容，分析了在应用中遇到的尴尬，因此，提出了预防无源交调（PIM）的设计原则，作为基本设计原则的补充。
关键词基本设计原则接触电阻无源交调（PIM）1引言提起射频同轴连接器基本设计原则，在我国射频连接器行业设计界，人们很快会联想到三项基本设计原则。
在我国，从上世纪七十年代在射频连接器行业“集中设计”开始，直到目前为止，整个行业人们对三项基本设计原则都记忆犹新，应用如初。
三项基本设计原则来源于上世纪六十年代，美国的通用无线电公司（General Radio Company）的T·E·Mackenzie和A·E·Sanderson两位IEEE 资深会员在IEEE会刊：《微波理论与技术》1966年1月号会刊上发表的题为“研制精密同轴标准和元件的一些基本设计原则”（Some Fundamental Design Principles for the Development of Precision Coaxial Standards and Components）长篇论文。
在此文中，首次提出了研制精密同轴标准和元件的三项基本设计原则。
虽然，此文是针对精密同轴标准和元件提出的，但是人们普遍地把这三项基本设计原则作为设计各种射频同轴连接器的设计指南。
从该论文发表至今，四十年过去了。
四十年来，随着科技的进步和发展，世界范围内的无线电行业和通信行业发生了翻天覆地的变化。
那么，人们不禁要问，三项基本设计原则是否过时了，目前还适用么？三项基本设计原则能否全面地指导各种用途的射频同轴连接器的设计？对三项基本设计原则是否需要进行修正和补充，如果需要修正和补充又该如何进行呢？其具体内容是什么？本文试图从这些方面对基本设计原则进行探讨。
2 三项基本设计原则的回顾对于三项基本设计原则，在我国上个世纪七十年代，在行业进行集中设计时，就把三项基本设计原则列为重要的设计参考之一，并普遍列出了它的具体内容。
射频连接器的结构设计简述1射频连接器简介射频连接器是一种同轴传输线，是一种通用性的互连元件，广泛应用于各类微波系统中。
作为基础元件，在微波系统中起电气和机械连接作用。
射频连接器一般分为三类。
（1）面板座：一端配接标准（或非标）界面连接器，一端配接微带、玻珠等，执行GJB976A-2009《同轴、带状线或微带传输线用射频同轴连接器通用规范》。
（2）转接器：两端配接标准（或非标）界面连接器，GJB680A-2009《射频连接器转接器通用规范》。
（3）接电缆连接器：一端配接标准（或非标）界面连接器，一端配接电缆，执行GJB681A-2002《射频连接器通用规范》。
射频连接器的内部结构分为三层，由外向内分别是外导体、绝缘介质和内导体。
外导体接地，绝缘介质起绝缘作用、支撑作用，内导体通电。
特性阻抗计算公式截止频率计算公式：a-内导体外径；b-外导体内径；-绝缘介质相对介电常数。
2射频连接器的界面结构标准界面的射频连接器，应符合GJB5246《射频连接器界面》。
其主要的插合形式包括：螺纹旋接（SMA、TNC）；推入自锁（QMA）；浮动盲插（BMA、SBMA）；直插擒纵（SMP、SSMP）；卡口连接（BNC）等。
（a）SMA型射频连接器（螺纹旋接式）（b）QMA型射频连接器（推入自锁式）（c）BMA型射频连接器（浮动盲插式）图1射频连接器的主要插合形式示意图以螺纹旋接形式为例：在插头和插座进行互连时，通过旋动螺套，带动插头外导体插入插座外导体中，直至两者的电气和机械基准面完全重合，在此过程中，实现内导体（插针和插孔）的插合接触。
可以明确的是，电气和机械基准面完全重合之前，内导体端面是不应该接触的，否则在外导体持续推进过程中，内导体会因此端面互顶，从而造成整个连接器内部结构的破坏。
但同时，内导体端面之间的缝隙使得此处存在一段高阻抗，造成反射增大。
因此，一些测试级转接器会控制插合完成后，内导体端面处的缝隙大小。
根据连接过程，界面设计时，插合部分的尺寸公差应满足界面手册的要求，内孔不能小于下限值，外圆不能大于上限值，以避免无法完成插合过程。
77射频同轴转接器的设计吴秉钧 韩梅英1 前言八十年代初，根据型号任务要求，我们在国内最先开展了红七信标机和地面设备用OSM （即SMA ）射频同轴连接器的研制任务。
经过课题组全体同志数年努力和反复改进，使连接器的各项机电性能接近和达到国外同类产品水平，八九年获部科技进步二等奖。
十余年来，我们根据市场需求，不断开发新产品，到目前为止，已开发了APC-7、N 、L16、SMA 、TNC 、BNC 、SMB 、SMC 、K 、2.4mm 、MCX 等系列连接器、转接器、精密电缆组件及部分微波元件近五百种，除满足型号任务需要外，还提供给国内外近百个单位使用。
由于SMA 射频连接器的研制成功和广泛应用，许多用户为解决部件性能测试，提出了SMA 与SMA 、N 型、APC-7等系列内和系列间转接器的要求，所以我们首先开展了SMA 与SMA 及N 型转接器的研制和设计，十几年来历经四次改进提高，不仅在电性能，而且在机械性能，特别是可靠性方面都有很大提高。
随着产品质量的提高，用户的需求也不断增加。
因此决定先对下列六种转接器进行设计定型，其中包括SMA 系列内转接器两种，SMA 与N 型系列间转接器四种，它们是：SMA-50JJ 、SMA-50KK 、N/SMA-50JJ 、N/SMA-50JK 、N/SMA-50KJ 、N/SMA-50KK 。
2 射频同轴转接器设计2.1 设计原理射频同轴连接器、转接器作为同轴传输线的连接元件，对其最基本的要求是与传输线特性阻抗的良好匹配，以减小能量的反射，所以在同轴连接器、转接器的设计中，必须遵循下列三条原则，这关系着连接器、转接器电性能优劣的关键所在。
2.1.1 在同轴传输线方向上尽可能保持一致的特性阻抗通常同轴传输系统是一个阻抗连续分布并保持不变的系统，如果由于同轴转接器的引入使传输系统在该处的阻抗发生变化，则会影响系统的性能。
当转接器特性阻抗偏离传输系统的特性阻抗时，而引起的转接器电压驻波比变化为O OZ Z VSWR ∆+=1式中：△Z O 为特性阻抗的偏离值Z O 为特性阻抗2.1.2 不连续性的共面补偿连接器或转接器的设计中，为了固定内、外导体的相对位置，必须要加介质支撑。
关于 SMA 连接器设计的几个问题和改进建议李明德【摘要】本文针对目前我国射频连接器市场上SMA型射频同轴连接器存在的薄壁、单一环氧树脂灌封和两槽插孔问题进行具体分析，指出其中不足，并提出具体的改进建议，以利于提高我国SMA型射频同轴连接器的质量和整体水平。
【期刊名称】《机电元件》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】6页(P3-8)【关键词】SMA型射频同轴连接器;薄壁;厚壁;单一环氧树脂灌封;两槽插孔【作者】李明德【作者单位】中国电子科技集团公司第四十研究所【正文语种】中文【中图分类】TN784SMA型射频同轴连接器，最早是由美国Bendix公司在上世纪五十年代后期为配接当时的直径为0.141英寸半硬同轴电缆专门设计的。
采用1/4" 36UNS英制螺纹连接，配合界面用聚四氟乙烯(PTFE)填充，插孔开两槽，公差带较宽，结构比较简单，未打算长久使用，只应用于普通的电子系统中，更没有打算作为精密连接器使用。
SMA型射频同轴连接器一经面世，便由于它的小型化、结构简单而在行业中得到了广泛应用。
既便在工作频率较低小功率的应用场合，也因其成本较N型、BNC型和TNC型射频同轴连接器低而得到应用。
最初设计的SMA型射频同轴连接器如图1所示。
在图1中，(a)为阴性连接器，可以与两种结构的阳性连接器配接;(b)为阳性连接器，因后被标准引用，通常称为“标准”连接器(薄壁);(c)也是阳性连接器，因其直接用141半硬同轴电缆的内导体作为连接器的插针，电缆的介质为连接器的介质，电缆的外导体与连接器的外导体连在一起，形成厚壁结构，通常被称为“直通型”连接器。
SMA型射频同轴连接器从面世到现在已经过了半个多世纪。
在半个多世纪里，世界各国针对SMA型连接器最初设计的先天不足，如薄壁外导体(单边仅为0.23mm厚)，两槽插孔，不精密，可重复性差，可靠性差和后来的单一环氧树脂灌封固定方式等进行了大量的广泛的研究，提出了多种改进措施。
提高移动基站中射频连接器件的可靠性陈宁虎【摘要】在探讨导致电连接器失效的机理的基础上,提出了提高无线基站应用中射频连接器件的可靠性应采取的措施和建议,并列出应开展可靠性筛选检验的项目.【期刊名称】《江苏通信》【年(卷),期】2011(027)003【总页数】4页(P68-71)【关键词】射频连接器;失效;可靠性【作者】陈宁虎【作者单位】江苏中博通信有限公司【正文语种】中文0 引言电连接器是移动通信系统工程重要的配套元件，从天线、馈线、直放站、交换机电路板到每个可更换的各独立单元，成千上万的电连接器如同人的神经系统分布于各系统和部位，担负着控制系统的电能传输和信号控制与传递。
任何一个电连接器失效都将移动通信系统出现故障，其中对于暴露于更大的温度范围、较高的湿度或其他苛刻环境的无线电基站来说，最易受外界因素影响，通常最容易被轻视的是射频连接器。
通过提高射频连接器件及电缆组件的可靠性，可以减少通话断线、串扰，提高移动通信系统的服务质量。
预防是目的，分析是基础。
从某种意义上讲，通过严格的可靠性检验来预防失效更为重要，它对保证射频电连接器件的质量和可靠性具有更现实的意义。
1 射频连接器的失效射频连接器件是一种可在射频电缆端头提供快速接通和断开并可实现射频信号传递、分配、耦合等功能的装置，必须保证接触部位的可靠导通，保证电信号的可靠传递。
但复杂的室外工作环境可能导致连接器或电缆组件更易发生环境性老化或破裂，最终使连接器电气性能失效。
基站使用的连接器常采用螺纹连接方式以保证屏蔽效果和连接的可靠性，但由于不规范的安装也可能使连接器出现问题。
连接器的安装方法是否简单也非常重要。
射频器件的失效模式很多，从我们长期对基站用连接器件检验中发现，其主要几种失效模式如下。
1.1 电接触不良内外导体接触件是连接器的核心零件，也是连接器的导电部分，它将来自连接器尾部的电压或信号传递到与其相配的连接器对应接触件上。
故接触件必须具备优良的结构，稳定可靠的接触保持力和良好的导电性能。
射频连接器可靠性设计探讨李明德提要：本文从可靠性的基本概念入手，阐述了射频连接器在可靠性指标方面的特殊性。
进而从实施质量体系认证制度，强化设计控制；做好设计验证、优化设计、安保设计和冗余设计；继承传统，发扬企业优势；以曾现失效模式为鉴，避免失效现象重现等方面，阐明了可靠性设计的具体措施和内容，以达到提高射频连接器固有可靠性的目的。
关键词：射频连接器可靠性设计固有可靠性1 引言提到可靠性，不论对射频连接器设计者、制造者、还是对射频连接器使用者来说都是非常关注、非常重视的问题。
产品的可靠性是产品质量的重要体现。
产品可靠性的高低，体现了产品质量的好坏。
高可靠，既是使用者殷切的希望，也是射频连接器设计者、制造者追求的目标。
射频连接器的可靠性，与其设计选用的材料、生产工艺、生产过程、质量控制及其正确使用有关。
但对射频连接器的固有可靠性而言，起决定性作用的是在连接器生产定型前的设计各阶段。
即：方案论证、初样设计、初样验证、正样设计、设计确认（设计定型）、小批量试生产和生产定型等阶段。
在这个研制全过程中，既是产品设计的全过程，也包含了可靠性验证和可靠性增长的过程，同时，也是进行了可靠性设计的全过程。
射频连接器可靠性设计的主要依据是：射频连接器研制任务书，合同或技术协议书，以及相关的产品标准、法规和技术条件。
可靠性设计的指导思想是在以“预防为主”的方针指导下，在产品设计过程中，采取可靠性设计技术，既要使产品符合射频连接器相关标准、法规，满足用户要求，又要达到增强产品固有可靠性的目的。
2 射频连接器在可靠性指标方面的特殊性关于可靠性这个概念，它的定义为：产品在规定的条件下完成规定任务的可能性（概率），叫做产品的可靠性。
所谓规定的条件是指：规定的时间、产品所处的环境条件、维护条件、使用条件及其完成规定任务所规定的时间。
完成规定任务的可能性往往用一个大体的百分比值来表示。
这意味着，如果有大批同样产品，则大体上有多少百分比的产品能完成规定的任务。
因而，产品的可靠性指标则定义为：在军用规范的额定条件下所获得的失效率的最大值。
一般以每小时负n次方（10-n /小时）来表示。
这种概念进一步深化，就是概率。
一般来说，产品的可靠性包括如下三大指标：第一，保险期。
产品出厂时间越久，一般来说它完成规定任务的可能性就越低。
所以，一定的可靠性是对一定的时期而言的，这个时期通常叫做产品的保险期；第二，有效性。
当需要产品执行任务时，它在规定时间内能够执行任务的可能性，叫做产品的有效性。
有效性决定于产品出故障的可能性的大小，发生故障所在部位及排除故障所需时间的长短，备份件是否足够。
适当的维护，假如定期周密地进行检查、维修、更新，可以提高产品的有效性；第三，狭义可靠性。
指产品在规定时间内完成规定任务的无故障工作的可能性。
有的用无故障工作时间来表示，有的用MTBF（平均故障间隔）来表示。
以上是一般意义上理解的产品可靠性及其特点。
对于射频连接器，不论是我国军用标准（GJB），还是我国的国家标准（GB/T）；不论是美国的军用标准（MIL），还是国际电工委员会标准（IEC），都没有规定射频连接器的可靠性指标，也没有规定具体的质量等级。
MIL-HDBK-217E，1986年《电子设备可靠性预计手册》中也说：“有些元器件是按老的规范制造，既无可靠性指标，未规定质量等级。
这些一般只有两个质量等级，即：军用（高档）或民用（低档）。
”射频连接器就属于这种元件。
关于射频连接器的可靠性指标问题，在二十世纪九十年代，在我国行业内曾有人进行专门研究，最终仍无法确定可靠性指标。
至今为止，对射频连接器不仅没有规定可靠性指标，也不规定通常意义上标志产品可靠性的三大指标，即：保险期、有效性和无故障工作时间。
关于射频连接器的质量等级，虽然在我国射频连接器的有关标准中，没有规定质量等级，但是在我国指导性文件：GJB/Z 299A-91《电子设备可靠性预计手册》中，给出了元器件（包括射频连接器）质量等级的概念。
定义为：元器件装机使用前，按产品执行标准或供需双方的技术协议，在制造、检验及筛选过程中其质量的控制等级。
并根据执行标准的不同，确定了射频连接器的质量等级及其质量系数πQ值。
满足计算连接器的工作失效率模型λp值的需要。
以便对电子设备可靠性进行预计。
对于射频同轴连接器，虽然没有规定可靠性指标，也不规定通常意义上标志产品可靠性的三大指标：保险期、有效性和无故障工作时间。
但是，不等于对射频连接器没有可靠性要求，更不能以未规定相关的可靠性指标为由，放松或降低对射频连接器可靠性的要求，以及进行可靠性设计的要求。
由原材料制成元器件，元器件构成组件，组件再组成日益复杂的尖端系统，所有的电子产品从材料到工作系统的各阶段都存在可靠性问题。
因此在研制和设计的每一阶段，应该把查明可靠性工程所发生的影响作为一条纪律，以便在工程上对不可靠性的问题给予特别关注。
因此，在新品研制、产品改进和改型时，均应有可靠性要求，在性能、功能设计时，应同步进行可靠性设计。
这些也是用户特别关注的问题。
所有电子产品是这样，射频连接器也是如此。
对于射频连接器，一般都规定应符合的电气性能、机械性能和耐环境性能。
其可靠性要求也体现在这些性能要求上。
按有关标准规定，这些性能是：电气性能和指标。
例如：特性阻抗，频率范围，电压驻波比（VSWR）,插入损耗，接触电阻，绝缘电阻，耐电压，射频泄漏和无源交调（PIM）指标等；机械性能和指标。
例如：标准规保持力，插拔寿命，电缆夹紧装置对电缆抗拉伸、弯曲和旋转的能力，连接机构抗拉强度，耐力矩，中心接触件的固定性，耐振动，抗冲击等；耐环境性能和指标。
例如：温度范围，高温、低温，温度循环或温度冲击，长期潮热，盐雾，低气压，密封等。
3 射频连接器可靠性设计可靠性设计是产品整个设计过程中的一个重要组成部分。
它与整个设计过程同步进行，贯穿于产品整个设计的各个阶段。
它是提高产品固有可靠性的根本保证。
可靠性设计的内容包括对产品的可靠性进行技术设计（产品固有可靠性设计），可靠性预测和使用维修可靠性设计等。
可靠性技术设计是在设计上采取措施，以保证产品性能指标得以实现。
它包括选用适当的原材料、工艺、结构设计、热设计、抗电磁干扰、低交调（PIM）设计、防振动、冲击、防潮和密封等措施，以及维修使用的条件要求等。
当现实的条件不能满足要求的可靠性时，在设计上如何采取可靠性补救措施等。
如何才能搞好可靠性设计，这与企业的质量管理认证体系，设计控制等的运行有效性有关，与产品设计技术人员的技术素质、设计水平和经验积累的多少有关，与企业的产品生产条件，可靠性验证条件有关。
综合有关因素，搞好射频连接器可靠性设计工作，主要应考虑以下四个方面的内容。
3.1有效实施质量体系认证制度，强化设计控制，是搞好可靠性设计的基本保证产品的可靠性是产品质量的一项重要标志。
从某种意义上讲，产品可靠性的高低客观地反映了产品质量的好坏。
长期以来，为提高产品的质量和可靠性，尤其是军用产品的可靠性，不仅在可靠性研究和可靠性培训方面有关部门做了大量的工作，同时，也在质量和可靠性管理方面取得了卓有成效的具体措施。
从开展“七专”工作模式，全面质量管理模式，到上个世纪八、九十年代，随着世界范围内开展推广的质量体系认证工作，在我国也相继实施质量体系认证制度。
在军品生产科研单位，强制性要求必须实施质量体系认证制度。
质量体系认证制度将所有影响产品质量、可靠性的因素，包括技术管理和人员方面都采取了有效的方法进行控制。
它涵盖了开展的可靠性管理、可靠性设计和可靠性验证等方面的诸多内容。
因而具有减少、消除，特别是预防产品缺陷的机制。
这与进行可靠性设计，贯彻以“预防为主”的方针相互吻合。
一言一蔽之，质量体系具有持续、稳定地满足质量要求和产品可靠性的能力。
国际、国内实施质量体系认证制度的实践，也证明了这些观念。
产品的可靠性，与其结构设计，选用的材料、生产工艺、生产过程、质量控制及其正确使用有关。
但对产品的固有可靠性起决定作用的是在生产定型前的各阶段。
这些也是贯彻质量体系中设计控制部分的主要环节。
供方通过设计把需方（顾客）和其它相关要求转化为对采购、制造、检验和服务等技术规范和文件，体现了产品质量的适用性。
设计控制就是要从设计策划开始，到设计确认的全过程实施控制和验证。
通过制定并执行产品设计控制和验证的文件化程序，使设计工作有计划按程序地进行，以确保产品的适用性能和可靠性，满足顾客和有关要求。
可靠性设计融入其中，同步进行。
采用射频连接器产品设计定型前的一般设计程序如图1。
图1 产品设计定型前的一般设计程序框图在产品设计过程中，充分考虑用户使用和工艺条件，认真进行设计评审和设计验证工作，这是集思广益，优化设计，预防缺陷，确保产品质量和可靠性的重要过程。
通过强化设计控制，按设计程序有计划进行，这样为可靠性设计的完善和实施提供了基本保证。
3.2设计验证，优化设计，安保设计，冗余设计是可靠性设计的重要方法在设计过程中，以及同步进行的可靠性设计中，尤其是在方案论证和设计评审中，常用的主要方法有：设计验证，优化设计，安保设计和冗余设计等。
用这些设计理念，对设计方案、图样、结构设计，选材或样品进行分析对比和评价论证，从而进行设计改进，实现可靠性增长，以满足产品可靠性要求。
设计验证设计验证是在产品设计过程中不可缺少的首要环节，也是进行可靠性设计的常用手段。
它是通过验算和实验的方法来验证设计方案的结构、或选用的材料，采用的工艺规范是否正确可靠，是否满足设计要求和可靠性要求。
经验不可少，实践检验更是不能丢。
设计验证是发现缺陷，预防失效不可少的措施。
设计验证包括验算和实验两种方法，对配合尺寸，公差的选取，应进行尺寸链验算；对阻抗设计，补偿设计，往往采用经验公式进行验算；对耐电压，绝缘强度和受力结构的抗拉强度等常常既采用电学和力学的相关公式进行验算，有条件时还进行试验的方法进行验证；对电压驻波比（VSWR）、插入损耗和无源交调（PIM）性能通常采用测试的方法进行验证。
验算和实验的方法多种多样，针对不同阶段和不同的需要采取不同的验算和试验方法。
试验方法有机械性能试验、电气性能试验和环境试验等。
值得注意的又是常被忽视的是，对承受拉应力、剪应力和扭转应力的结构或材料，应采用材料力学的强度理论和有关公式进行强度校核和试验，保证承受的最大应力，应在材料的许用应力范围之内，并应具有一定的安全系数。
优化设计射频连接器的优化设计，目前通常应用的有以下模式：一是利用现代的模拟仿真优化设计软件，进行优化设计，作为初设计，制做样品，然后对样品测试验证，对其性能缺陷，利用时域分析法（对转接器利用时域分析法很难确定缺陷部位）或阻抗圆图分析法，确定缺陷原因和部位，进行改进验证，直至达到目的；二是凭借设计经验，优化设计方案，制做样品，然后进行测试验证，根据经验，不断改进，验证，直至达到设计目的；最后是利用现代手段和设计经验相结合进行优化设计。
