無源互調測量技術

由于衰減效應嚴重影響了通信網(wǎng)絡的運行，因此PIM在無線通信領域越來越受關注。只要當兩個頻率以上的信號遇到一個非線性的電學結或類似物質，就會產生互調。其結果是產生了我們不想要的信號，這個信號的頻率可以由最初的原始頻率經(jīng)過計算得到，它可以導致系統(tǒng)容量的減少，和（或）通話質量的降低。

蜂窩小區(qū)中容量的減少和通話質量的降低將導致無線通信服務提供商收入的減少。當受影響的客戶對該服務提供商失去信心，并且改換成使用競爭對手的服務時，那么該服務提供商的經(jīng)濟損失將是不可預計的。

通過與世界各國的工程師和技術人員的交流，Summitek公司與器件制造商、下游供應商、現(xiàn)場經(jīng)理和服務提供商討論過有關互調的問題。Summitek結合了通過制造和發(fā)展其PIM分析儀而獲得相關的知識，形成的PIM測量基本方法，以及構筑Summitek分析儀的測試性能等方面，從而逐步形成了現(xiàn)有的觀點和看法。Summitek建議如下：

在強調性價比的現(xiàn)實情況下，一味的堅持“低”互調原則是很難滿足市場的大量需求的。· PIM的評估設備應該采用動態(tài)的測量方法。· 由于頻率是依賴于許多設備及其子系統(tǒng)的特性，因此固定頻率的測試方法可能是不適合的。

PIM的形成原因

設計、制造和維護都是產生互調的原因。

就互調而言，良好的設計是必要條件，但不是成功的充分條件。同時，許多公司認為互調可以簡單得通過一些設計規(guī)則來控制。避免使用含鐵材料、使連接結點的數(shù)量最少化。設計中所有的連接結點必須是精確的，并且在足夠的壓力下還能維持很好的連接。
焊接或冷焊所有的結點；避免不同材料間的直接接觸；電鍍所有的表面，防止氧化；確保電鍍的均勻以及足夠的厚度。雖然這些規(guī)則看似簡單，但是完美地實現(xiàn)他們才是成功的關鍵。理想過程中的微小偏差可能導致無法容忍的互調。現(xiàn)實環(huán)境下可能發(fā)生的情況：部件間的簡單連接；螺桿和緊固件的不切當?shù)呐ぞ兀贿B接處的焊接不良；電鍍前沒有徹底充分清洗部件；污染的電鍍槽；電鍍材料的結構；使用錯誤的材料；電鍍的附著力差。

一旦你已經(jīng)擁有了設計完美和制造良好的零部件后，接下來的挑戰(zhàn)就是組裝和系統(tǒng)的安裝了。所有的結點都是互調的潛在產生者，因此，每個連接點都是問題的潛在源頭。當存在機械壓力（電纜的彎曲度、接頭截面的扭力負荷，超過/低于扭矩的接頭）的情況下，在良好的外界環(huán)境中對結點的測試，仍然是不可靠的。

總之，所有連接起來的部件達到互調指標并不能保證其子系統(tǒng)也可以達到互調的指標。

再之，自然因素是那些暴露在自然界的網(wǎng)絡部分的天敵。風力造成的擺動、溫度日變化、各種不同形式的潮濕、陽光造成的熱量負荷、空氣中的塵埃。以上的每一種情況都會毀掉器件在網(wǎng)絡中的質量，并且最終導致信道的崩潰。接縫的衰減、結點的分離、濕氣的入侵、材料的氧化，以及塵埃的污染都將增加互調，降低接收機靈敏度。這個結果是在設計潛能下的蜂窩網(wǎng)絡的實際情況。

測試方法--量化互調性能

良好的通信質量要求保持一個可以容忍的載干(C/I)比，因此，我們的希望干擾”I”越小越好。在理想情況下，干擾”I”總是小于接收機的底噪。這個我們不希望看到的干擾產生的原因之一就是無源互調。

一個典型的指標要求，在測試中向設備注入兩個+43dBm的載波信號時，無源互調不能大于–110dBm，即-153dBc。換句話說，這個指標要求相當于1:2,000,000,000,000,000的比值，或者說相當于我們要以0.1mm的精確度來測量地球與太陽間的距離。

· 以前

以前測量PIM的通常做法是在測試環(huán)境中，注入兩個固定頻率的，每路20瓦的連續(xù)波信號時，測量產生的互調功率值。這個方案與國際標準委員會定義的測量PIM的方法(IEC TC46 WG6)是一致的。

要實現(xiàn)必要的測試設備，經(jīng)典的方式是采用架疊式方式，將兩臺信號合成器饋送信號至兩個大功率放大器。這兩個大功率放大器連接著很多器件，這些器件用來合成、過濾和雙工信號。然后將經(jīng)過處理的信號通過一臺低噪放后發(fā)送到頻譜分析儀進行監(jiān)控和顯示。一臺功率計被用來周期性地調整發(fā)射功率，來補償偏差。

采用架疊式方法搭建無源互調平臺顯然是一個困難的過程。而且，由于其中的許多離散性器件、組件和相互連接的電纜，導致了測量結果有時很難再現(xiàn)，設備經(jīng)常不穩(wěn)定和容易損壞。如果這還不足以說服你的話，這種測試方法還是耗時的。而且，我們已經(jīng)開始認識到，這樣的測試結果是不確定的，也是容易誤解的。

· 現(xiàn)在

基于對PIM測量的實現(xiàn)方式（和相關的不足之處）的理解，Summitek設定了如下設計目標：建立一套具有高質量、可重復測試方法的測試設備。使得設備能夠容易的建立和使用。通過提供新的有用的工具來保證世界先進水平。為了建立一個清楚的實現(xiàn)基礎的對比，將標準化引入該復雜的測試方法。緊跟當前的技術趨勢和測試標準。聆聽消費者的建議，使之分類合并，以便于盡可能地提供最全面的，簡單易學的測試設備。

這促成了無源互調儀的三大重要的設計特點：1．高集成化設計：將所有的射頻器件組裝在一個獨立的機箱中，使外部組件數(shù)量最小化，這將提高設備的可靠性、穩(wěn)定性和可重復性。

2．高速數(shù)字接收機技術。Summitek的分析儀的速度和頻率靈敏性使之可以達到：

· 同時測量多個互調產物。

· 測量和記錄一些瞬間狀態(tài)，比如無源互調脈沖，以及由于機械和環(huán)境影響造成的互調變化。

· 互調的掃頻測量特性驗證了整個指定頻段范圍的執(zhí)行情況。

3．創(chuàng)造性的新測試性能：最終的設備操作簡單、高效、嚴謹，因此，該測試方法對于保證產品的質量和網(wǎng)絡完整性是非常實用的。

大多數(shù)測量方法是基于一對獨立的載波頻率的。由于無線通信標準，該頻率往往設置在發(fā)送頻帶的邊緣。

以測量工作于PCS1900頻帶的器件為例。典型地，測試設置載波1為1930 MHz ，載波2為1990 MHz（注：有一些無源互調測試設備基于設計原因，必須將一個載波設置在接收頻段內，另一個載波設置在發(fā)射頻段內。這個測試方法的正確性有爭議）。在發(fā)射頻率和功率確定，以及頻譜分析儀設置成互調響應后，測試就開始了。在測試過程中，要注意的是不要碰撞被測器件和測試儀表，以免在頻譜分析儀掃描剛好通過互調頻段時，由于其不穩(wěn)定性產生數(shù)據(jù)尖峰。

經(jīng)驗告訴我們這種測量無源互調的方法有很多限制，并且存在很多隱藏的潛在問題。

動態(tài)測量

不考慮環(huán)境因素，盡管由于最佳的設計和制造，產品的性能是穩(wěn)定的，但是器件和子系統(tǒng)的無源互調響應會受制于壓力而顯著的改變。在動態(tài)測量中，我們會應用一些適當?shù)耐饨绱碳肀O(jiān)控互調性能。

有關電纜裝配的動態(tài)測量問題已經(jīng)受到了極大的關注。我們必須注意到接頭/電纜界面產生的互調，還要考慮到電纜本身產生的互調（由固體導體電纜上的微裂紋和編織電纜的非連續(xù)性接觸引起的互調）。測試包括當電纜在彎曲狀態(tài)，或接頭/電纜表面處于撓矩狀態(tài)時的互調。

在我們看來，無線通信網(wǎng)絡中，基站發(fā)射端的所有組件受制于互調。Summitek分別用兩種測試方法，使用Summitek的分析儀對所有被測器件進行無源互調的測試。這兩種方法分別是“敲擊”實驗和“撓度”實驗。“敲擊”實驗就是簡單地敲打器件，并觀察互調響應。例如，頻繁得敲擊濾波器的調節(jié)螺桿，會產生高互調值。當停止敲擊后，互調值有時會恢復到原來的低互調情況，而有時卻仍然維持在高互調的情況。“敲擊”實驗對于證明屏蔽器件和電纜終有一天將會失效是非常有用的。

在接下來的例子中，我們將會有測試圖作為說明。在這個實驗過程中，我們使用了具有帶狀記錄紙功能的Summitek分析儀來記錄在實驗過程中互調響應的數(shù)據(jù)。被測器件是一個PCS1900的帶通濾波器，我們所關心的是由于敲擊而導致的互調變化。在這之后的另一個實驗是用來說明當溫度改變時，器件的互調指標會隨之急速變差。

圖1：動態(tài)互調測量

“撓度”實驗就是在被測器件的接頭上施加一個適當?shù)膫攘r，觀察互調的變化。接頭沒有充分固定在器件主體上，或者器件內部發(fā)射結構不堅固，都會導致互調的產生。

掃頻測量

到目前為止，已經(jīng)被人們所接受的無源互調的測量方法還是將載波設置成兩個固定的頻率，然后測量產生的互調。這兩個固定的頻率通常設置在發(fā)射頻段，但也不一定是這樣。我們發(fā)現(xiàn)，這樣的測試方法對于很大一部分器件的互調測量不是很恰當。因為這些器件的互調特性是隨一個與頻率有關的函數(shù)而變化的。Summitek公司的無源互調分析儀生產的互調測試設備具有多重頻段的掃頻功能，解決了該問題，而且更簡單實用。

下面是一個明顯的例子來證明掃頻互調測試儀的優(yōu)點。在實驗中，被測的是一個接頭有問題的PCS1900頻段的雙工器。需要說明的是，該器件接頭的損壞是由于扭矩過大引起的，而且它不能通過肉眼的觀察以及回波損耗的掃頻測量來發(fā)現(xiàn)。下圖是一個“好”雙工器和“壞”雙工器的回波損耗的比較示意圖。

“好”的雙工器在整個頻段內都達到了–115 dBm的技術指標，但是，當“壞”雙工器的發(fā)射載波從通帶邊緣被搬移時，其互調指標就急速變差。如果這兩個雙工器只使用通帶邊緣的載波進行測試時，都能通過質量評估的篩選。

為了充分顯示被測器件的特性，Summitek具有掃頻功能的無源互調分析儀記錄了，當兩路中每一路載波在整個發(fā)射頻段（即下行鏈路）掃描時的互調值，但是，每次只有一路載波處于掃描狀態(tài)，而另一路維持在通帶邊緣的固定頻率上。下面的例子中，當載波2在1950到1990 MHz頻段掃描，載波1固定在1930 MHz時，產生的三階互調信號的頻段在1870到1910 MHz之間。

測量結果可以被記錄進一個文檔，并復制到電腦的剪貼板上，以便可以將它粘貼到另一個應用程序中，或者可以直接硬拷貝到打印機上打印。

總結

由于無線通信服務提供商致力于維護和贏得客戶，控制無源互調失真直接關系到服務提供商的經(jīng)濟利益。目前蜂窩網(wǎng)絡中存在的無源互調影響了基站的容量和通話質量。因此，為了實現(xiàn)更好的網(wǎng)絡性能，無源互調指標在整個設計、制造過程，乃至安裝在基站后，都必須受到重視，并進行測量和控制。