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无源互调机理和测试方法分析综述

无源互调发展国内外现状

在通信系统中，较高功率的发射信号作用于无源器件时通常会产生更多的互调产物，这些PIM信号可能会进入通信系统中的接收频段。对于基站的上行信道接收系统来讲，通常接收到来自于用户终端产品的功率比较低，一般微弱的信号也可接收到。如果互调信号与实际的接收信号的功率值相近或者略高于实际的接收信号时，接收系统无法分辨出有用信号和干扰信号，接收机会将信号全部进行视为真实信号进行接收处理，这将导致部分真实信号的丢失，导致通信语音质量的下降，导致通信信道过于繁忙，甚至将会使接收系统的容量受限引发系统瘫痪。对于通信系统的互调问题需要引起重视，并采取有力的措施进行无源互调信号抑制以减少PIM信号对整个测试系统的干扰。

1970年，Cox在6GHz频段对波导部件的PIM性能进行测试，指出松动的波导结能产生高达-25dBm的PIM产物[5]；1989年，Lui等发表了其在天线及天线假设塔的PIM测试方面的研究成果[6]；1999年，Rosenberger对企业界和IEC组织在PIM测试方面的工作进行报道[7]；2008年开始，普渡大学的Christianson等报道其在PIM测试方面研究工作，高阶PIM的测试[8]。国外的学者对无源互调研究较早且取得了较为丰富的成果。国内研究相对起步较晚，还未有关于PIM失真方面标准体系和测试方法的建立，但最近几年国内的研究进展也很快，已经有公司推出PIM测试仪，可以快速进行无源器件的PIM失真信号测试。对于基站无源器件的研究大多是将基站产品的无源器件进行分离，分别进行PIM失真的研究。对于基站设备处于工作状态时整机PIM信号测试研究非常少。

无源器件PIM产生机理

无源互调主要是由材料的非线性和接触的非线性产生，在天线等无源射频部件中无法避免[9]。（张世全无源互调干扰导论，西安电子科技大学出版社，2014年）

当前对于无源互调的研究很难通过逻辑推理和精确的数学模型进行研究，对于PIM研究大多是根据实际应用时出现的问题和现象进行进行试验分析和数据研究。材料的非线性是导致无源器件产生PIM失真的主要原因，在此之前很多的研究人员做了大量的原理分析和数据研究。无源器件PIM失真机理涉及到很多学科包含到很多方面的影响，主要包括电子隧道贯穿效应、电滞效应、空间充电效应、铁磁效应、热离子发射效应等[10]。（张世全,葛德彪,魏兵.微波频段金属接触非线性引起的无源互调功率电平的分析和预测[J].微波学报,2002(04):26-30+34.）

无源互调抑制是现代基站天线的重要指标之一[11]。（陶沁双低频基站天线无源互调分析）。在现在应用中LTE低频段700与现有的GSM900，DCS1800，UMTS850共存的场景也来越多，天线本身带来的无源互调产物也越来越复杂。

无源互调失真具有不可避免性，当器件中通过较小信号时，无源失真信号非常微弱，几乎可以忽略对输出信号和接收系统的影响；但当无源器件通过大功率的信号时，无源器件非线性因素影响就会越来越大，如果产生的谐波分量与接收系统本底噪声相接近时，就会产生“虚假”信号，使接收系统无法分辨出真实的有用信号，占据接收机的信道容量，影响到接收系统的正常工作。

当前的研究主要参考于IEC62037系列标准，IEC62037-3-2012[12]系列标准中也给出了通信系统中的同轴电缆连接器、同轴电缆、滤波器、天线的无源互调测试的建议；IEC62037-4-2012[13]系列标准中也给出了通信系统中的同轴电缆连接器、同轴电缆、滤波器、天线的无源互调测试的建议；IEC62037-5-2013[14]系列标准中也给出了通信系统中的同轴电缆连接器、同轴电缆、滤波器、天线的无源互调测试的建议；IEC62037-6-2013[15]系列标准中也给出了通信系统中的同轴电缆连接器、同轴电缆、滤波器、天线的无源互调测试的建议。

如图2-1所示，两个载波信号发射功率都足够大，当通过无源器件时，由于器件本身的非线性影响会产生互调产物出现。在无源器件的输出口，检测到信号除了两个载波信号外，还有3阶互调信号，2f1-f2和2f2-f1的出现。

图2-1无源互调基本原理图

传统的PIM测试方法

无源互调分为绝对值表达法和相对值表达法两种方法[16]。绝对值表达法是产生的无源互调产物的绝对值大小，单位为dBm；相对值表达法是产生无源互调功率值大小与其中载频功率大小的比值，单位为dBc。

dBc=dBm?43(2-1)

当通信系统中的无源器件设计不合理时，基站的同轴电缆中金属材料不纯含有些杂质时，同轴线缆接头不匹配或受到侵蚀腐锈时会导致出现无源互调现象，接收系统会接收到较多无用新号占据了信道容量，严重影响着整个基站系