大功率多信道通信系统中无源互调的产生机理和测试系统的设计（二）

5.PIM测试系统的设计

目前中国的三大移动通信采购商已经将互调指标纳入集采要求，且各个设备及系统供应商也将互调指标较好的产品与互调指标较差的产品在采购价格上区分开来，互调指标更好的产品可以获得更大的利润空间。这些都迫使下游的设备制造商或者分包商们必须对生产产品的PIM进行测试区分。从通信产品采购商到分包商再到制造商，每个环节都需要进行测试或者验收，这就要求每个环节至少有一套PIM测试设备，按照中国上百家的设备制造商来算的话，PIM测试设备的潜在需求非常之大。

在选择测试仪表进行无源互调测试方面，虽然市场上生产PIM测试设备的生产商有很多家，国内的、国外的都有，但是能够提供的精准测量仪表还很有限。其中，国外产品很有优势，以美国S u m m i t e k、Rosenberger为代表，他们无源互调测试设备在两路20W的射频信号输入下，PIM系统测试值都可达到-170dBc水平，涵盖频段也可以从400~3500MHz,但价格相对昂贵，从70到200万人民币一台不等。国内产品的主要优势是价格便宜，大约在20到50万人民币左右，以杭州紫光、南京纳特、博讯通电子等厂商为代表，但目前只有少数厂商能够将全频率覆盖到。

通过上面的了解，虽然商用测试设备集成度高、使用方便，但不论是国内的还是国外的PIM测试设备都是一笔不小的投入，而且如果想要把测试频段全面覆盖的话，对一般的设备制造商来说不太可能。

笔者根据多年的无源产品PIM测试经验以及对PIM测试方法的理解设计了一套测试方便，且可以自行搭配的测试系统。并与国内外的测试系统的测试精度做了对比。

5.1 自制系统的搭建

考虑到被测产品有单端口、双端口或者多端口的之分，且不同类型的测试方法不同，我们试验把无辐射传输式和无辐射反射式两种方式充分融合，放入到一套测试系统中，经过简单的移动换接就可以实现多种测试。测试系统原理图如图8所示。

 

 

图中左侧是提供两个射频信号(f1和f2)输出的信号源，通过功率放大器进行信号放大后输入到合路器。合路器进行信号合成后再进入到自制双工器的TX端口，TX通道只传输两个射频信号(f1和f2)，其他阶次频点全部被滤波器抑制掉。RX则允许三阶、五阶以及更高阶次频点或频段通过，对两个输入的射频信号进行抑制。双工器可以根据用户测试需要，设计不同的频段换接使用。双工器的RX端口输出信号接到频谱分析仪，ANT端口直接连接到DUT的输入端，此时频谱分析仪检测到的信号为DUT(被测件)的反射PIM.DUT的输出端连接到自制分路器中，分路器的作用是对两射频信号与PIM信号进行分离，分路器的输出f1和f2的一端连接到大功率负载上，对信号进行衰减吸收，另一端连接到频谱分析仪上，对DUT的传输PIM信号进行测试。

自制系统的可进行以下几种测试：

1 )功率校准测试：参照客户规格书或者I E C - 6 2 0 3 7标准，首先确定D U T的输入端需要加载的功率。我们以采用2×20W(43dBm)功率为例，如图8所示，我们需要在DUT的输入端也就是双工器的输出端进行功率测试。由于20W的功率已超出功率计耦合探头的输入功率要求，为了避免损坏测试设备，我们应在探头前端接入大功率衰减器，功率计不能直接连接到双工器的输出端。分别打开两路信号，记录谱仪的读值，经过换算后确定双工器的输出端输出的两路信号是否符合要求，如不符合要求，调整信号源幅度值到合格为止。

2 )系统残余P I M值测试：在对D U T进行P I M测试前，首先进行系统残余P I M值测试。由于系统中存在一些器件(如双工器、分路器、连接电缆、大功率负载等)，如果器件本身PIM值较差会直接影响到测试精度。如图8所示，功率校准后，移除DUT及功率计，双工器的输出端经过一根低互调电缆直接连接到分路器的输入端，两台谱仪监测到的就是系统残余的反射和传输PIM,也就是系统中各个器件的PIM值最差值。如果想要提高测试系统的测试精度，则需要在器件的设计要非常细致，在测试电缆的采购上要精挑细选(一般会采用Rosenberger厂家的低互调测试电缆)。

3)单端口器件PIM值测试：单端器件测试比较简单，只能采用反射式测量方式进行。功率校准后，DUT直接连接到双工器的后端，打开两路信号在前端谱仪上进行PIM值读取。

4)双端口或多端口器件PIM值测试：对双端口或多端口器件进行测试时，可以通过前后两个谱仪同时检测到反射和传输PIM值，更能直观地定位PIM产生的位置，方便产品的问题分析。

自制系统的搭建可以方便用户对不同频段不同型号的产品的测试，并且仪表在有其他用途的时候可以随时拆除，仪表利用率比较高。甚至在没有PIM测试安排的情况下，可以把整个系统进行拆除分开使用或者存放，方便安全。整个自制系统的费用(除去仪表)大概在5000元以内，较大地节省了开支。图9、图10为两个自制系统实物图。

 

 

 

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5.2 测量精度对比

虽然自制系统存在很多优势，但由于系统中自制件及连接电缆较多，对系统搭建人员自身素质要求较高等因素，系统的测试精度能否满足DUT的测试要求，很多人持怀疑态度，下面我们就自制系统测试精度，及与其他系统对比数据做下分析。

图1 1、图1 2为移动通信D C S 1 8 0 0频段产品的测试系统， 两射频信号分别 为f1=1820MHz,f2=1865MHz,三阶互调信号f p i m = 1 7 7 5 M H z.f 1和f 2信号的功率均为+ 4 3 d B m , 两台仪表的监视值均在-125±2dBm范围，修正测试电缆及仪表测试误差等因素，并连续读取三次数值算平均，系统的残余互调应该在-120dBm(-1 6 3 d B c )水平，完全满足I E C所建议的水平，甚至与Summitek、Rosenberger等国外仪表商测试水平接近。

 

 

 

 

查询国内外相应频段测试设备，系统残余PIM指标对比数据见表1.

 

 

6.PIM的减小措施

由于PIM产物对移动通信系统的通信质量有很大的影响，我们必须采取一些有效措施使系统中的PIM产物降到最低。为了到达这一目的我们必须谨慎行事，注意方方面面的细节，比如产品的设计、产品的焊接、产品的装配、材料的质量、表面处理的质量及整件的安装、操作、维护等，而不应该把PIM问题归咎到某一个问题上。

对于无源器件，我们可以采用以下措施来减小或者降低PIM产物的影响：

1)避免在产品中使用非线性材料。如果因为设计需要必须使用的话，应对材料外表面进行电镀处理;

2)产品设计中应简化产品的连接点，尽量避免过多使用连接点，且使用的连接点必须是精确的，在足够的压力下要能维持较好连接，连接点在条件允许的情况下应锡焊或者冷焊结点;

3)在零件接触处应避免使用过大或者过小的接触面，防止压接不良，并且要避免使用不同材料间直接接触;

4)产品在表面处理前应充分清洗零部件，避免产生气泡或者附着力差等现象，表面涂覆要均匀，镀层厚度足够厚，且要防止氧化;

5)如需使用电缆时，电缆长度应该采用最短的连接方式。最好要使用刚性或者半刚性的同轴电缆。

7.结束语

本文对移动通信系统中PIM产生的机理问题进行了研究和分析。介绍了针对无源器件PIM的测量方法，并且结合多年的PIM测试经验和对测量方法的理解设计了一套较为实用的PIM测试系统。最后也提出了无源器件中减小PIM产物的一些措施和建议。

通过这几个方面的分析和研究，我们相信有更多的人对无源产品的互调干扰有了一定的认识。以后也会有更多的人投入到PIM的相关研究中。