无源互调产生原因

移动通信天线无源互调产生机理与改善研究摘要：本文针对移动通信天线无源非线性展开分析，通过研究金属零件基体致密度、金属零件表面质量、紧固连接点、焊接连接点等情况互调产生机理，以及相应的改进措施，可以提升移动通信天线运行稳定性，确保信息传输结果的可靠性。

关键词：移动通信天线；金属零件；表面质量移动通信无源互调（下简称PIM）是射频信号路径中两个或多个射频信号因非线性特性引起的混频干扰信号，当这些信号电平足够大且落在接收频带内时，会对通信系统产生干扰。

基于互调产生机理，拟定合理的改善措施，不仅可以优化通讯系统运行环境，而且能够提升信息传输效率和时效性，以满足相应的处理要求。

1移动通信天线无源非线性分析移动通信天线中产生非线性效应机理的复杂度较高，机理分析时需要考虑的内容繁多。

基于以往应用经验，天线产生无源无源非线性出现的潜在原因如下：（1）系统使用的铁磁材料的非线性磁滞效应，在靠近天线附近使用的大量的铁磁材料，会引起PIM现象。

（2）承受载波功率的金属―绝缘体―金属（MIM）连接物，它引起非线性特性，导致出现PIM。

（3）由微小裂缝、微小触须和金属结构中的砂眼引起的微放电可能产生PIM产物。

（4）在金属接触处穿越氧化薄层的电子隧道效应和半导体行为。

（5）低劣的制造工艺引起松动连接、金属裂缝和连接处的氧化作用，产生PIM。

（6）所有材料都存在某种程度的非线性，甚至连非铁磁材料也可能呈现PIM现象。

2无源非线性无源互调产生机理及改善处理2.1金属零件基体致密度2.1.1产生机理基于以往应用经验，造成金属零件基体致密度不足的原因如下：（1）在材料应用方面，进行铝合金压铸处理时，位于熔融状态下的材料会溶解空气中的氢原子，在冷却时又会析出氢原子，若冷却完成前内部氢原子残留量过多，那么也将造成结构内部气孔。

（2）在模具处理方面，零件结构的转折、厚度等参数的突然变化，都会造成模具内溶液流速均匀度不足的情况，从而在模具内出现紊流漩涡现象，影响到零件基体致密度。

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。

无源互调（PIM）影响因素及常见问题（一）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。

39Internet Technology互联网+技术一、引言无源互调（Passive Inter-Modulaton，PIM）是无源器件产生的互调产物。

所有的无源器件实际上都存在一定程度的非线性，当其工作在小信号条件下，可认为是线性的，但随着功率的增加，无源器件的非线性失真就会明显地表现出来，即无源互调现象。

当无源互调产物落在有用频带内，特别是接收带内时，将会影响系统的正常工作。

目前的研究[1]认为，引起无源互调问题的原因主要是材料非线性和接触非线性，前者是指具有固有非线性导电材料引起的非线性，如铁、镍、钴及其合金、镧系元素、镁与铝合金等铁磁材料和碳纤维材料。

后者是指具有非线性电流/电压行为的接触引起的非线性，如连接处的松动、腐蚀和氧化等，特别是接触面电流密度越大，对无源互调越不利。

相比有源互调（Active Inter-Modulaton，AIM），无源互调有其特有的性质[2]：无源互调产物无法用滤波器进行滤除，链路上加载的滤波器只能将其前面的无源互调产物滤除，滤波器之后的无源互调产物依然无法滤除；无源互调产物具有门限效应，随着功率的增加，互调产物会毫无征兆地出现；无源互调产物随着时间而变化，材料的氧化、连接处接触压力变化、电缆弯曲程度等均会随时间发生改变，进而影响系统的非线性程度；无源互调产物可呈现宽带噪声特性，类似测控系统中收带底噪整体抬升的现象。

无源互调问题在移动通信系统、卫星通信系统中得到了越来越多的重视，报道的文献有很多[3-6]，但在国内关于航天测控系统相关文献报道寥寥无几，据查到的文献是在2000年北京跟踪与通信技术研究所的闫春生等人发表过的一篇相关文章[7]，文章中对深空站建设中无源互调问题预防和控制进行了理论分析。

航天测控站无源互调问题初探本文针对航天测控站中出现的无源互调问题进行了分析、针对性设计及验证，最终解决了实际测控系统中出现的无源互调问题。

二、存在的问题近年来，在新研的测控数传系统S 频段扩频测控系统中，有时会出现收发干扰问题，即在发射机输出一定功率条件下，接收带内会产生随机的干扰信号，具体表现为：在发射机功率输出的情况下，在收带内突然冒出随机的干扰信号或者出现收带底噪整体抬升的现象；功率的增加，现象恶化更为严重；同时干扰信号随着时间也存在一定的变化。

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。

无源交调干扰（PIMI）的产生与预防1.定义当两个信号频率为f1和f2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。

这种现象称为互调（或交调），把非线性频率分量称为交调产物，这些交调产物如果落在接收频带内，又足够强，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（PIMI）或称无源交调失真（PIMD）。

交调产物用F式表示：F1m=mf1±nf2f1、f2为输入的载波频率，F1m为交调产物。

m n为包括1在内的正整数；m+n 称为互调产物的阶数，或称次数。

通常所说的三阶是指m+n=32.产生特点：PIM的产生是固有的，不随频率选择而变化；PIM的产生不遵守二次方程定律，精确计算不可能。

3.PIM现象产生的潜在因素：a.铁磁材料（diff）例如：钢铁镍钼等。

.b.腐蚀过的材料会产生相当高的电平c.同轴连接器连接的紧固状态d.微小裂缝、微小碎屑、金属结构种的砂眼e.金属连接处有脏东西、因涂覆形成的“电容现象”金属绝缘物金属连接物的存在，引起非线性。

f.温度、热胀冷缩改变机械加载影响PIMg.同轴电缆屏蔽层（编组物）材料及填充因子会产生一定的电平等，铝和不锈钢编织物或镀镍铜产生相当高的电平。

4.结论无源互调通俗的讲是一种电磁干扰，它是指由无源部件的固有非线性导致的产物，基本的PIM现象是由电流流过非线性部件产生的，例如：滤波器、同轴电缆及连接器、金属连接面、天线馈源及天线等无源部件由于多种原因可能产生固有的非线性。

引起无源部件非线性的微观原理非常复杂，它不仅与材料性质、结构形式由关，还于通道加载及系统装配的工艺质量相关。

无源互调产生的物理机制
无源互调是指在非线性介质中由于介质的非线性效应而产生的互调信号。

其物理机制可以通过波动方程和非线性极化来解释。

下面是基本步骤：
1. 传播的泵浦波和信号波通过线性介质传播，但它们会导致介质的非线性极化。

这是因为介质中的非线性效应会导致介质极化响应的高阶波。

2. 非线性极化产生的高阶波包括本振波和和频波。

其中，本振波是泵浦波和信号波在介质中产生的频率相同的非线性响应波，而和频波则是泵浦波和信号波频率的和。

3. 本振波和和频波在介质中存在非线性介质的作用下，继续传播并与泵浦波和信号波相互作用，产生更高级的和频波，这个过程就是无源互调。

这是一个自我增强的过程，可以产生越来越多的和频波。

4. 产生的和频波最终会通过介质的非线性响应传播到外部。

这些和频波的频率和功率取决于原始泵浦波和信号波的频率和功率。

总的来说，无源互调的物理机制是通过介质的非线性极化效应，使得泵浦波和信号波产生非线性响应的高阶波，这些高阶波又继续与泵浦波和信号波相互作用产生更高级的和频波，从而实现了互调现象。

射频电缆的无源互调测试一、无源互调介绍在无线通信系统中，日益增加的语音和数据信息必须在一个固定带宽中传输，无源互调失真已经成为限制系统容量的重要因素。

就好像在有源器件中，当两个频率以上的信号以一个非线性形式混合在一起时，就会产生一些伪信号，这就是无源互调信号。

当这些伪互调信号落在基站的接收（上行）频段内时，接收机就会发生减敏现象。

这种现象可以降低通话质量，或者降低系统的载干比（C/I），从而减少通信系统的容量。

造成无源互调的原因很多，其中包括机械接触不良，射频通道中的含铁导体，和射频导体表面的污染。

事实上，很难准确预知器件的无源互调值，测量所得的数据只能用来大致描述器件的性能。

由于结构技术方面的微小改变都会导致互调指标的严重变化，所以一些生产厂商通过对产品100%的检验来保证基站中使用的射频器件的无源互调水平都能满足指标要求。

当存在两个或两个以上频率时，基站的大功率传输通道中的每个组件和子系统都会产生互调失真。

本文仅关注其中的一种组件：集成电缆。

针对集成电缆产生的互调失真既是有方向性的，又是依赖于频率的理解，对于集成电缆的指标及其在通信基站中的使用是一个非常重要的因素。

二、电缆互调测试的实现一条集成电缆（或者是任何两端口射频器件）都有两种无源互调响应：反射互调和通过互调。

图1为Summitek公司的无源互调分析仪测量这两个互调信号的原理。

在SI-1900A型设备中，通过端口1向集成电缆注入两个大功率信号，电缆的另一端与端口2连接。

端口2作为这两个大功率信号的负载，并且其无源反射互调很小，可忽略。

在端口1处测量反射无源互调响应，在端口2处测量通过（即前向）无源互调。

与目前使用的大多数无源互调测试设备不同的是，Summitek公司的互调分析仪支持前向和反向互调响应的同时测量，而不需要重新接驳。

这样可以避免重新接驳时所必须的配对和再配对操作，从而使反射响应和通过响应的测量误差最小化。

将该特性与Summitek分析仪的扫频互调测量功能相结合，就可以对电缆完整的互调特性做测量了。