WCDMA系统中PIM的分析与测量-基础电子

精品文档-下载后可编辑WCDMA系统中PIM的分析与测量-基础电子无源互调(PassiveInterModulation，PIM)效应是HPM效应的一种，在HPM条件下，HPM通过不同的耦合途径进入电子系统，由于其大功率特性，使传统的无源线性器件产生较强的非线性效应，部件和系统的非线性特性也会变得更加明显，导致更为严重的PIM问题，进而影响整个系统的性能。这使得对PIM效应的分析研究显得尤为重要。PIM的测量足PIM问题中一个重要的研究方向，一方面测量所得的数据可以用来进行高阶PIM的预测;另一方面，为研究无源部件的PIM机理提供实验数据。

1PIM测量系统的特点与基础测量方法

1.1测量系统的特点

从原理上来看，PIM的测量方法与有源部件的互调测量方法类似，但是由于PIM自身的特殊性，其测量系统的结构更复杂，要求也更高。一般地，PIM测量系统应具有以下特点：

(1)大功率信号源：PIM的测量是大功率测量问题，一般需要以高于工作功率电平2～4倍的功率进行测量，微波功率高达上百瓦甚至几千瓦。

(2)高灵敏度接收机由于PIM的功率电平一般都非常低，对测量系统的灵敏度要求很高。

(3)低PIM组件：PIM测试系统的组成部件本身必须是高性能、低PIM的。专用的合成器、定向耦合器、滤波器等产生的PIM电平必须控制在被测件PIM电平的-6dB以下，连匹配负载都要采用不产生PIM的特殊负载，以保证整个测试系统能够正常工作。

(4)PIMP与环境温度有关，并随着时间发生变化，因此需要进行长时间的温度循环试验。

(5)此外，PIM测量系统与频率和带宽的相关性很强，测量系统难以通用，一般需要根据测试目的进行专门的制作。同时，不仅要测量无源部件的PIM产物，还要能够对天线和整星进行测量。因此，如何设计一个低PIM的测量系统是进行PIM测量首先必须解决的问题。

1.2PIM的基础测量方法

对于PIM测量来说，测量方法十分重要。针对不同的器件、不同的测量要求，有4种测量方法：直通测量法、反射测量法、辐射测量法、再辐射测量法，此外还有用于整个卫星的整星级测量法。

2WCDMA系统发射频段PIM效应的分析

所有的无源部件实际上都存在一定程度的非线性。当输入功率较小时，这些器件的非线性程度较弱，可以忽略其非线性而近似为线性器件。但当输入功率很大时，与接收信号相比，非线性因素所造成的影响比较大，就不能被忽略了。随着通信卫星向更高功率、更宽频带和更高的接收机灵敏度的趋势发展，无源互调对通信卫星的影响已经成为不可回避的重要问题。

在GSM900/1800和800MHzCDMA通信系统中，由发射频段产生的三阶互凋产物会落入到他们各自的接收频段。随着发射功率的增加，在WCDMA系统中，其发射频段为2150～2210MHz，接收频段为1920～1980MHz，由发射频段产生的互调产物不会落入到其自身的接收频段，而会落到发射频段。通过以下数学计算可以来验证这个现象。

三阶互调产物fPIM3=2f1-f2，其中f1=[2150，2210]，f2=[2150，2210]。要证明fPIM3≠[1920，1980]只要求出fPIM3的取值范围，看这个集合与[1920，1980]是否有交集即可。

要求fPIM3的取值范围，关键是求出其值fPIM3(min)和值fPIM3(max)：

可以发现，无论f1和f2在2150～2210MHz范围内如何变化，其fPIM3均不会落入到1920～1980MHz的接收频段，而会落到2150～2210MHz的发射频段。

此外WCDMA系统的七阶互调会落入到其接收频段，如fPIM7=4f1-3f2=4×2150-3×2210=1970MHz。

在WCDMA系统中，如果在发射频段产生一个-110dBm的无源互调信号，也就是干扰信号，这可能会给系统带来影响，因为这个数值已经大于系统中有用信号的幅度了。

3WCDMA系统发射频段PIM的测量系统

在GSM900/1800和800MHz的CDM八以及WCDMA通信系统中的无源互调测量时，通常采用双工器和滤波器来提取IM3值。

一个典型的GSM900接收频段的二端口器件无源互调测量系统。当f1和f2通过DUT(被测器件)时，DUT的输出存在4个频率分量f1，f2，2f1-f2和2f2-f1，其中f1和f2直接被大功率低互调负载所吸收，而2f1-f2和2f2-f1则被双工器提取出来，滤波器则是为了进一步滤除f1和f2，以提高频谱分析仪的动态范围。由于三阶互调产物全部落入接收频段，故可以采用标准的双工器和滤波器。

而WCDMA频段则不同，从前面分析中发现，其发射频段(2150～2210MHz)产生的IM3值落到了发射频段，使IM3值和f1及f2靠的很近。在这种情况下，无法采用双工器将IM3提取出来，而要采用其他方法。如图2所示，采用了WCDMA二端口无源互调测量系统。两个46dBm的CW信号分别通过合路器合成到一条传输线中并加到DUT上，合成信号通过DUT后被一个低互调负载吸收，其中-30dB的信号被定向耦合器耦合出来，通过一个可调带通滤波器，在频谱分析仪上测试出允许的IM3值。从测试原理和方法看，无源互调的测试并不复杂，但是要完成准确的测试却并不容易。在搭建测试系统时，要注意系统中的每个环节。功率放大器由于WCDMA系统中的无源器件会在更高的射频功率电平下工作，所以WCDMA无源互调测量系统中的功率应尽可能大，但是由于受到放大器成本和合路器功率容量的限制，通常采用46～47dBm的功率放大器。

定向耦合器考虑到输入到频谱仪的f1和f2功率总和应尽可能小，所以采用30dB定向耦合器。可使频谱仪工作在安全电平下，同时避免大功率信号在频谱仪内产生有源互调，可以通过带通滤波器将f1和f2抑制到0dBm以下。

滤波器由于WCDMA三阶互调产物落在发射频段，所以无法用固定滤波器来提取IM3分量。可以采用可调的带通滤波器来完成这个功能，带通滤波器的Q值应尽可能地高，建议采用五节带通滤波器。

测试电缆在整个系统中，惟一需要经常移动的就是DUT和连接DUT的电缆。采用特种编织电缆或者微波电缆来做无源互调的测试电缆，如RG393，这种电缆自身的PIM值可以达到-165dBc。

测试系统从无源互调测试原理考虑，测试系统应固化在标准机箱内。这样可以避免很多影响测试精度的不确定因素，如可以用半柔电缆来替代编织电缆，合理掌握接头的连接力矩，防止系统中器件的移动而导致的接触不良等因素影响测试。

4结语

从原理上来看，无源互调的测量方法与有源部件的互调测量方法类似，但是由于无源互调自身的特殊性，其测量系统的结构更复杂，要求也更高。目前，国内只有航天工业总公司504所能够进行简单的测量。