無源互調(diào)測(cè)量技術(shù)

由于衰減效應(yīng)嚴(yán)重影響了通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，因此PIM在無線通信領(lǐng)域越來越受關(guān)注。只要當(dāng)兩個(gè)頻率以上的信號(hào)遇到一個(gè)非線性的電學(xué)結(jié)或類似物質(zhì)，就會(huì)產(chǎn)生互調(diào)。其結(jié)果是產(chǎn)生了我們不想要的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的頻率可以由最初的原始頻率經(jīng)過計(jì)算得到，它可以導(dǎo)致系統(tǒng)容量的減少，和（或）通話質(zhì)量的降低。

蜂窩小區(qū)中容量的減少和通話質(zhì)量的降低將導(dǎo)致無線通信服務(wù)提供商收入的減少。當(dāng)受影響的客戶對(duì)該服務(wù)提供商失去信心，并且改換成使用競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的服務(wù)時(shí)，那么該服務(wù)提供商的經(jīng)濟(jì)損失將是不可預(yù)計(jì)的。

通過與世界各國(guó)的工程師和技術(shù)人員的交流，Summitek公司與器件制造商、下游供應(yīng)商、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)理和服務(wù)提供商討論過有關(guān)互調(diào)的問題。Summitek結(jié)合了通過制造和發(fā)展其PIM分析儀而獲得相關(guān)的知識(shí)，形成的PIM測(cè)量基本方法，以及構(gòu)筑Summitek分析儀的測(cè)試性能等方面，從而逐步形成了現(xiàn)有的觀點(diǎn)和看法。Summitek建議如下：

在強(qiáng)調(diào)性價(jià)比的現(xiàn)實(shí)情況下，一味的堅(jiān)持“低”互調(diào)原則是很難滿足市場(chǎng)的大量需求的?！?PIM的評(píng)估設(shè)備應(yīng)該采用動(dòng)態(tài)的測(cè)量方法。· 由于頻率是依賴于許多設(shè)備及其子系統(tǒng)的特性，因此固定頻率的測(cè)試方法可能是不適合的。

PIM的形成原因

設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)都是產(chǎn)生互調(diào)的原因。

就互調(diào)而言，良好的設(shè)計(jì)是必要條件，但不是成功的充分條件。同時(shí)，許多公司認(rèn)為互調(diào)可以簡(jiǎn)單得通過一些設(shè)計(jì)規(guī)則來控制。避免使用含鐵材料、使連接結(jié)點(diǎn)的數(shù)量最少化。設(shè)計(jì)中所有的連接結(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)；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(jiǎn)單，但是完美地實(shí)現(xiàn)他們才是成功的關(guān)鍵。理想過程中的微小偏差可能導(dǎo)致無法容忍的互調(diào)。現(xiàn)實(shí)環(huán)境下可能發(fā)生的情況：部件間的簡(jiǎn)單連接；螺桿和緊固件的不切當(dāng)?shù)呐ぞ?；連接處的焊接不良；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(jié)構(gòu)；使用錯(cuò)誤的材料；電鍍的附著力差。

一旦你已經(jīng)擁有了設(shè)計(jì)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(jié)點(diǎn)都是互調(diào)的潛在產(chǎn)生者，因此，每個(gè)連接點(diǎn)都是問題的潛在源頭。當(dāng)存在機(jī)械壓力（電纜的彎曲度、接頭截面的扭力負(fù)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(duì)結(jié)點(diǎn)的測(cè)試，仍然是不可靠的。

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

再之，自然因素是那些暴露在自然界的網(wǎng)絡(luò)部分的天敵。風(fēng)力造成的擺動(dòng)、溫度日變化、各種不同形式的潮濕、陽光造成的熱量負(fù)荷、空氣中的塵埃。以上的每一種情況都會(huì)毀掉器件在網(wǎng)絡(luò)中的質(zhì)量，并且最終導(dǎo)致信道的崩潰。接縫的衰減、結(jié)點(diǎn)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(diào)，降低接收機(jī)靈敏度。這個(gè)結(jié)果是在設(shè)計(jì)潛能下的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況。

測(cè)試方法--量化互調(diào)性能

良好的通信質(zhì)量要求保持一個(gè)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(jī)的底噪。這個(gè)我們不希望看到的干擾產(chǎn)生的原因之一就是無源互調(diào)。

一個(gè)典型的指標(biāo)要求，在測(cè)試中向設(shè)備注入兩個(gè)+43dBm的載波信號(hào)時(shí)，無源互調(diào)不能大于–110dBm，即-153dBc。換句話說，這個(gè)指標(biāo)要求相當(dāng)于1:2,000,000,000,000,000的比值，或者說相當(dāng)于我們要以0.1mm的精確度來測(cè)量地球與太陽間的距離。

· 以前

以前測(cè)量PIM的通常做法是在測(cè)試環(huán)境中，注入兩個(gè)固定頻率的，每路20瓦的連續(xù)波信號(hào)時(shí)，測(cè)量產(chǎn)生的互調(diào)功率值。這個(gè)方案與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)定義的測(cè)量PIM的方法(IEC TC46 WG6)是一致的。

要實(shí)現(xiàn)必要的測(cè)試設(shè)備，經(jīng)典的方式是采用架疊式方式，將兩臺(tái)信號(hào)合成器饋送信號(hào)至兩個(gè)大功率放大器。這兩個(gè)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(hào)。然后將經(jīng)過處理的信號(hào)通過一臺(tái)低噪放后發(fā)送到頻譜分析儀進(jìn)行監(jiān)控和顯示。一臺(tái)功率計(jì)被用來周期性地調(diào)整發(fā)射功率，來補(bǔ)償偏差。

采用架疊式方法搭建無源互調(diào)平臺(tái)顯然是一個(gè)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(dǎo)致了測(cè)量結(jié)果有時(shí)很難再現(xiàn)，設(shè)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(cè)試方法還是耗時(shí)的。而且，我們已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到，這樣的測(cè)試結(jié)果是不確定的，也是容易誤解的。

· 現(xiàn)在

基于對(duì)PIM測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方式（和相關(guān)的不足之處）的理解，Summitek設(shè)定了如下設(shè)計(jì)目標(biāo)：建立一套具有高質(zhì)量、可重復(fù)測(cè)試方法的測(cè)試設(shè)備。使得設(shè)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(jìn)水平。為了建立一個(gè)清楚的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的對(duì)比，將標(biāo)準(zhǔn)化引入該復(fù)雜的測(cè)試方法。緊跟當(dāng)前的技術(shù)趨勢(shì)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。聆聽消費(fèi)者的建議，使之分類合并，以便于盡可能地提供最全面的，簡(jiǎn)單易學(xué)的測(cè)試設(shè)備。

這促成了無源互調(diào)儀的三大重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：1．高集成化設(shè)計(jì)：將所有的射頻器件組裝在一個(gè)獨(dú)立的機(jī)箱中，使外部組件數(shù)量最小化，這將提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

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

· 同時(shí)測(cè)量多個(gè)互調(diào)產(chǎn)物。

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

· 互調(diào)的掃頻測(cè)量特性驗(yàn)證了整個(gè)指定頻段范圍的執(zhí)行情況。

3．創(chuàng)造性的新測(cè)試性能：最終的設(shè)備操作簡(jiǎn)單、高效、嚴(yán)謹(jǐn)，因此，該測(cè)試方法對(duì)于保證產(chǎn)品的質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)完整性是非常實(shí)用的。

大多數(shù)測(cè)量方法是基于一對(duì)獨(dú)立的載波頻率的。由于無線通信標(biāo)準(zhǔn)，該頻率往往設(shè)置在發(fā)送頻帶的邊緣。

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

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

動(dòng)態(tài)測(cè)量

不考慮環(huán)境因素，盡管由于最佳的設(shè)計(jì)和制造，產(chǎn)品的性能是穩(wěn)定的，但是器件和子系統(tǒng)的無源互調(diào)響應(yīng)會(huì)受制于壓力而顯著的改變。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，我們會(huì)應(yīng)用一些適當(dāng)?shù)耐饨绱碳肀O(jiān)控互調(diào)性能。

有關(guān)電纜裝配的動(dòng)態(tài)測(cè)量問題已經(jīng)受到了極大的關(guān)注。我們必須注意到接頭/電纜界面產(chǎn)生的互調(diào)，還要考慮到電纜本身產(chǎn)生的互調(diào)（由固體導(dǎo)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(diào)）。測(cè)試包括當(dāng)電纜在彎曲狀態(tài)，或接頭/電纜表面處于撓矩狀態(tài)時(shí)的互調(diào)。

在我們看來，無線通信網(wǎng)絡(luò)中，基站發(fā)射端的所有組件受制于互調(diào)。Summitek分別用兩種測(cè)試方法，使用Summitek的分析儀對(duì)所有被測(cè)器件進(jìn)行無源互調(diào)的測(cè)試。這兩種方法分別是“敲擊”實(shí)驗(yàn)和“撓度”實(shí)驗(yàn)?！扒脫簟睂?shí)驗(yàn)就是簡(jiǎn)單地敲打器件，并觀察互調(diào)響應(yīng)。例如，頻繁得敲擊濾波器的調(diào)節(jié)螺桿，會(huì)產(chǎn)生高互調(diào)值。當(dāng)停止敲擊后，互調(diào)值有時(shí)會(huì)恢復(fù)到原來的低互調(diào)情況，而有時(shí)卻仍然維持在高互調(diào)的情況?！扒脫簟睂?shí)驗(yàn)對(duì)于證明屏蔽器件和電纜終有一天將會(huì)失效是非常有用的。

在接下來的例子中，我們將會(huì)有測(cè)試圖作為說明。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程中互調(diào)響應(yīng)的數(shù)據(jù)。被測(cè)器件是一個(gè)PCS1900的帶通濾波器，我們所關(guān)心的是由于敲擊而導(dǎo)致的互調(diào)變化。在這之后的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是用來說明當(dāng)溫度改變時(shí)，器件的互調(diào)指標(biāo)會(huì)隨之急速變差。

圖1：動(dòng)態(tài)互調(diào)測(cè)量

“撓度”實(shí)驗(yàn)就是在被測(cè)器件的接頭上施加一個(gè)適當(dāng)?shù)膫?cè)力時(shí)，觀察互調(diào)的變化。接頭沒有充分固定在器件主體上，或者器件內(nèi)部發(fā)射結(jié)構(gòu)不堅(jiān)固，都會(huì)導(dǎo)致互調(diào)的產(chǎn)生。

掃頻測(cè)量

到目前為止，已經(jīng)被人們所接受的無源互調(diào)的測(cè)量方法還是將載波設(shè)置成兩個(gè)固定的頻率，然后測(cè)量產(chǎn)生的互調(diào)。這兩個(gè)固定的頻率通常設(shè)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(cè)試方法對(duì)于很大一部分器件的互調(diào)測(cè)量不是很恰當(dāng)。因?yàn)檫@些器件的互調(diào)特性是隨一個(gè)與頻率有關(guān)的函數(shù)而變化的。Summitek公司的無源互調(diào)分析儀生產(chǎn)的互調(diào)測(cè)試設(shè)備具有多重頻段的掃頻功能，解決了該問題，而且更簡(jiǎn)單實(shí)用。

下面是一個(gè)明顯的例子來證明掃頻互調(diào)測(cè)試儀的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，被測(cè)的是一個(gè)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(cè)量來發(fā)現(xiàn)。下圖是一個(gè)“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(gè)頻段內(nèi)都達(dá)到了–115 dBm的技術(shù)指標(biāo)，但是，當(dāng)“壞”雙工器的發(fā)射載波從通帶邊緣被搬移時(shí)，其互調(diào)指標(biāo)就急速變差。如果這兩個(gè)雙工器只使用通帶邊緣的載波進(jìn)行測(cè)試時(shí)，都能通過質(zhì)量評(píng)估的篩選。

為了充分顯示被測(cè)器件的特性，Summitek具有掃頻功能的無源互調(diào)分析儀記錄了，當(dāng)兩路中每一路載波在整個(gè)發(fā)射頻段（即下行鏈路）掃描時(shí)的互調(diào)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(dāng)載波2在1950到1990 MHz頻段掃描，載波1固定在1930 MHz時(shí)，產(chǎn)生的三階互調(diào)信號(hào)的頻段在1870到1910 MHz之間。

測(cè)量結(jié)果可以被記錄進(jìn)一個(gè)文檔，并復(fù)制到電腦的剪貼板上，以便可以將它粘貼到另一個(gè)應(yīng)用程序中，或者可以直接硬拷貝到打印機(jī)上打印。

總結(jié)

由于無線通信服務(wù)提供商致力于維護(hù)和贏得客戶，控制無源互調(diào)失真直接關(guān)系到服務(wù)提供商的經(jīng)濟(jì)利益。目前蜂窩網(wǎng)絡(luò)中存在的無源互調(diào)影響了基站的容量和通話質(zhì)量。因此，為了實(shí)現(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)性能，無源互調(diào)指標(biāo)在整個(gè)設(shè)計(jì)、制造過程，乃至安裝在基站后，都必須受到重視，并進(jìn)行測(cè)量和控制。