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
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。
PIM常见问题解答(紫光)
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）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。
无源互调失真测量与分析
1、无源互调产生的原因
射频器件产生无源互调(PIM)的主要原因有： 1、在射频路径上有劣质的机械接头、接点或 安装松动等。 2、在射频元件的制造中使用了某种程度的磁 滞材料(例如不锈钢等)。 3、在射频路径的接触内表面或接头处有异质 污染物，如残留的焊剂或材料加工的颗粒。 在综合的基站内，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一定的无 源互调电平。基站天线塔的安装环境也会产生 PIM，例如天线附近有金属物体的直接反射波 束传送到天线。
五、分析仪的噪声电平和 残余互调电平
1、分析仪的噪声电平
噪声电平是在PORT 1和PORT 2接50Ω 负载和射频源信号关闭时，互调分析 仪测量出的噪声信号电平平均值。
该噪声电平是接收机的高增益放大器 耦合噪声，包括本地振荡器相位噪声、 ( kTBF )接收机前置放大器的随机噪声 门限和发射机噪声等合成产生。
扫频后落入接收频带的IM频率
二次扫频测量曲线
扫频时改变测量功率电平
测量三阶互调时，PIM分析仪输出的功 率电平为： 2 Carrier 1 + 1 Carrier 2 若二个载波电平同时都增加1 dB，则理论 上PIM电平：IM3增加3 dB ( 2 1 + 1 1 )； IM5增加7dB ( 4 1 + 3 1 )，但在实际测 量中比较罕见这样的增仪的频谱测量模式能显示 落入分析仪测量频带内的IM产物。 例如，落入测量频段内的IM3(三阶互调 产物)、IM5和IM7这三个IM产物能同时被 显示并读得测量值。 可观察分析它们的相互关系，还可用手 动方式分别调谐无源互调分析仪的频率和 功率来观察它们相互间的变化关系。
2、无源互调传输和反射方向
无源器件互调测量技术
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基站天线无源互调减小方法
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无源互调定义及表达方式
无源互调定义
无源互调与有源互调类似，无源互调是无源器件产生的。 当无源器件中存在两个或两个以上的不同频率的射频信 号时，就会产生无源互调。 无源互调： 由射频信号在无源器件中相互调制的干扰信号 互调信号渗入接收通道会提高信道的噪声电平，从而减 小信号覆盖范围和网络容量 注：所有的无源器件，包括天线，电缆和连接器，双工 器，滤波器，定向耦合器，负载和衰减器，避雷器，功 率分配/合成器和铁氧体环行器/隔离器等都会产生互调 失真。
2F1+F2 3F1+2F2 4F1+3F2 F2+F1 2F1
IM3 IM5 IM7
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无源互调定义及表达方式
无源互调表达方式
无源互调有两种表达方式 绝对值表达法 相对值表达法。 绝对值表达法：是指无源 互调值与原点（即0）的 比值，用dBm来表示。 相对值表达法：是指无源 互调值与其中一个载频的 比值，用dBc来表示，这 是因为无源器件的互调失 真与载频功率的大小有关。
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无源互调产生原因
接触非线性现象引起无源互调
部件间连接不当，致使接触不紧密，例如接触面不平整 和扭力不够 连接处的焊接不良，比如焊点虚焊、拖尾、过大、不圆 滑等 电镀时引起的问题，如电镀前未充分清洗部件、电镀槽 受到污染、使用错误的电镀材料和电镀的附着力差等 自然因素将会令基站中使用的无源器件互调变差，如风 力造成的摆动导致接头和连接点松动、温度变化引起的 热胀冷缩、各种不同形式的潮湿引起器件氧化、生锈和 腐蚀、空气中的尘埃污染等
航天测控站无源互调问题初探
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
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。
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（4）无源交调与频率的关系 由于同轴连接器是宽带元件，没有频率依赖 性，因此，无源交调也无频率依赖性，其影响程 度仅与信道传输功率大小有关，与频率无关。 （5）无源交调的测试 无源交调的测试方法仍在研究之中，目前国 际上尚无权威性的标准测试方案。
3、无源交调的预防措施 针对上述无源交调产生的原因，在射频同轴 连接器设计和制造中应采取以下措施。 1）从电镀角度考虑，为降低无源交调，减少接触 电阻，最好采用镀银层，厚度应在6um以上，镀层 应无杂质且必须用铬酸盐钝化，这就是 7-16 或 N 型大功率产品镀银的原因。 但镀银层易变色的 问题在某些场合要慎重考虑。镀金也是较好的选 择，但成本较高。 2）在产品结构设计方面尽避免出现阻抗不连续性， 尽可能保持一致的特性阻抗，减小非线性因素。
连接器无源交调的 产生与预防
随着移动通信的飞速发展，对接收系 统的灵敏度要求日益提高，使得同一传输 信道内可能存在很多不同频率的信号，如 果传输线或连接传输线的射频同轴连接器 特性不良，就可能使不同频率之间产生无 源交调(Passive intermodulation／PIM)， 源交调(Passive intermodulation／PIM)， 结果使有效传输信号发生畸变，产生噪声 和杂波，影响信号传输速率。本文分析了 射频同轴连接器无源交调产生的原因及预 防措施，对射频同轴连接器的设计、制造 以及通信系统中的选用有积极的指导意义 和参考价值。
（2）蜂窝系统中的无源交调的影响 对于蜂窝系统的服务需求来说，最初人 们关心的只是传输的频道效率和清晰度。随着技术 的不断发展和市场竞争的需要，高可靠大容量的传 送设备己成为发展的主流。这一趋势的潜在障碍就 是无源交调，在这种情况下如果连接器交调性能不 好，就可能出现较差的呼叫质量。 （3）电缆装接方式与无源交调 焊接与压接是最好的电缆装接方式，它 能使电缆与连接器之间产生 360°的点接触。这样 紧密的接触保证了整个接触性能，因而改善了无源 交调特性。连接器内导体最好直接焊到电缆芯线上， 这样比压接好，不仅可减小接触电阻，而且消除了 连接间隙。
2、无源交调的研究动态 （1）无源交调并不是最近才发现的，实际上人 们早就知道射频同轴连接器里会出现无源交调，但 为什么在MIL-C-39012和IEC 标准里没有这一指标 呢？我们说主要是无源交调不象其它指标那么直观 或容易捕捉得到，在一些场合它是相对可以忽略不 计的，或者说其影响是很小的。可以说传输功率的 大小确定了相应交调的界限，因此交调大多是在蜂 窝大功率系统里才引起人们的注意，例如这些系统 中用的7一16和N型连接器。
8）电缆连接器内导体与电缆芯线之连接应采用焊 接方式，不宜采用压接方式。 总之，无源交调对连接器和通信系统的研究 人员来说都是一个新的课题。本文仅是作者实际 工作中的一些心得，仅供业界同行交流和参考。
信号在线性系统的传输，特性是成比例线性变 化的（如图一），而在非线性系统的传输特性是按 指数规律变化的（如图二）。从图二可明显地看出， 正半周的幅度大于负半周的幅度，该波形的特性与 原有信号相比已发生了质的变化，它是由原来的基 波和相应的谐波叠加而成，这些谐波将同传输线上 的其它载波进行互调。
这一交调的结果就产生了一些额外的频率，即 交调生成物，如图三中的2F1一F2、2F2一F1、3Fl 一F2、 3F2一Fl等。当这些交调生成物在传输线中 足够大时，就会象载波一样的传输线中传输而占用 有效的信号通道。
除非线性因素外，在同轴连接器中生成无源 交调的还有以下几个方面的原因。 （1）金属零件电镀过程中未清洗干净的电镀 溶液。 （2）镀层导电性不好，镀层厚度不够。 （3）表面锈蚀。 （4）中心接触件的不同金属材料。 （5）信通道内的磁线材料。 （6）较低的接触点正压力。 （7）表面粗糙度大。 （8）连接器内的碎屑和灰尘。 （9）螺旋状的信号通道。
1、无源交调产生的原因 在环球移动通信（GSM）、数据通信系统 在环球移动通信（GSM）、数据通信系统 ( DCS ) 1800、个人通信服务系统 ( PCS ) 1900和传 1800、个人通信服务系统 1900和传 呼台等蜂窝基站上，由于传输功率较大，通常采用 7一16 ( L29 ) 、N、EIA等射频同轴连接器。射频同 EIA等射频同轴连接器。射频同 轴连接器是用在发射通道（在天线和天线滤波器之 间）的后置滤波部分，因为系统是双工的，即多载 波发射通道同时也是接收通道，所以要求相当严格。 在一个理想的线性传输系统内，其输出相对于输入 是成正比的。实际上非线性变化在射频同轴连接器 中是不可避免的，只是因载波信号较小时非线性产 生的无源交调物引起的噪声不大而不引起人们的注 意，但当载波信号大于30dBm时，这种交调影响就 意，但当载波信号大于30dBm时，这种交调影响就 比较明显了。