無源互調(diào)（PIM）影響因素及常見問題（二）

6.2.2 PCB對PIM影響因素總結(jié)

（1）PIM值受電流密度的影響與設(shè)計的電路有關(guān)，電流密度越小，其PIM性能越好。

（2）銅箔表面越粗糙，其PIM性能越差，反之銅箔表面越光滑，PIM性能越好。

（3）線路使用阻焊油和化學錫進行表面處理可以優(yōu)化PIM，約小4-6dBc。不過化學錫的厚度對于PIM值幾乎沒有影響，化學鎳金的PIM性能較差。

（4）材料結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn)阻抗不連續(xù)性，盡可能保持一致的阻抗特性，選用低PIM的材料（如PTFE或PIM材料）。

（5）介質(zhì)層厚度對PIM影響還需進一步驗證。

（6）銅厚越小，互調(diào)性能越好，這是因為越厚的銅厚，蝕刻效果越差，蝕刻毛邊對互調(diào)性能產(chǎn)生影響。

（7）線路蝕刻的毛邊/蝕刻因子，蝕刻因子控制≧3.0,毛邊越小，PIM性能越好。阻焊前處理建議采用微蝕工藝。

（8）表面油墨厚度,油墨越厚，PIM性能越好。

（6）鍍層表面氧化，導(dǎo)電性不好，鍍層厚度不夠。

（7）含有磁性材料，如鐵、鈷、鎳等。

（8）介電常數(shù)溫度系數(shù)（TCDk，用于衡量Dk隨溫度變化）,越低越好。

（9）線長從254mm-76.2mm為材料損耗性能最常見的規(guī)格,線長254mm,127mm,76.2mm。線長越長，互調(diào)值越差。

（10）線寬從2.0mm開始減半直徑到0.25mm,可考察駐波差異對互調(diào)的影響。線寬縮窄，阻抗增加，反射能量也隨之增加，反射能量與入射能量疊加導(dǎo)致能量匯集，最終導(dǎo)致被測線路的溫度上升?；フ{(diào)值與溫度呈反比，線寬縮窄導(dǎo)致溫度升高，從而互調(diào)變差。

（11）PCB級要在RF板的微帶線兩邊引入接地，最好不要單純的只是一根線而不去選擇頂層地，測試結(jié)果表現(xiàn)頂層地會改善一些PIM。

（12）板內(nèi)微帶線如需要電容，盡量用Q值小的，其選頻效果要稍好一些。

6.2.3 PCB制程影響度

注：各制程制作的等待時間8小時處理完成，務(wù)必保證銅面的新鮮度。

6.3終端互調(diào)干擾因素

（1）不可使用鋼性或帶磁性的螺釘。

（2）諧振器材料選用黃銅，避免使用鋼性材料。

（3）電鍍表面不可有凹凸的棱角，表面粗糙度應(yīng)在0.4um以下，不可有凹坑，碎屑等雜物。

（4）電鍍?nèi)绻仨氂面嚧虻?，只鍍一個薄層或者用無磁性的（磷的）鎳。

（5）在低IMD（交調(diào)失真）的環(huán)境下鐵磁材料上面的涂層厚度至少要有4-5倍趨膚深度的厚度（一般>6um），減少接觸電阻，最好采用鍍銀層，但銀容易變色，特殊環(huán)境需考慮鍍金。

（6）避免一些會造成PIM不穩(wěn)定的松動的結(jié)構(gòu),盡量采用焊接工藝，焊接后不可有松香及其它污物。

（7）避免不相容金屬互相結(jié)合，防止產(chǎn)生電化學腐蝕。

（8）選擇良性好的彈性材料，進行精細加工和真空熱處理，以保證接觸件在500次插拔過程中具有穩(wěn)定可靠的接觸正壓力和較小的接觸電阻。

（9）導(dǎo)體表面不可有斑點和銹蝕。

（10）濾波器類諧振器阻抗最好在77ohm。

（11）金屬電阻率溫度系數(shù)的減小，有利于改善PIM性能。

（12）安裝時底層接地良好，SMA接頭要焊正且牢固固定。

（12）介質(zhì)熱導(dǎo)率的提高，有利于改善PIM性能。

（13）金屬表面粗糙度的減小，有利于改善PIM性能。

（14）微帶線長度越長、饋入載頻信號功率越大，PIM電平越高；載頻頻率也呈現(xiàn)出一定影響，900MHz時PIM高于1800 MHz。但電熱耦合理論無法解釋PIM對頻段的依賴性。

6.4同軸轉(zhuǎn)換器互調(diào)干擾因素

（1）同軸連接器的外導(dǎo)體由鍍鎳改為鍍?nèi)辖稹?/p>

（2）同軸探針與調(diào)諧柱的連接由螺接改為一體化加工。

（3）同軸連接器的外導(dǎo)體與波導(dǎo)的連接由螺接改為法蘭連接。

（4）同軸連接器內(nèi)的導(dǎo)體由鍍金改為鍍銀。

注：PIM仍有很多因素值得研究

（1）可以分別研究介質(zhì)、金屬特性對PIM的影響，包括：金屬材料、厚度、表面粗糙度、介質(zhì)材料、添加劑、厚度等。

（2）DK、DF、插損、樹脂、玻纖、填充劑、導(dǎo)熱系數(shù)、介厚與PIM的關(guān)系。

7無源互調(diào)PCB產(chǎn)品材料選擇

PTFE電路材料通常是天線和濾波器等PIM性能至關(guān)重要的無源器件第一選擇。但與其他高頻電路材料相比，PTFE價格較高，并且在電路制造過程中需要特殊處理。羅杰斯公司證明非PTFE材料的PIM性能和PTFE基材PCB材料一樣好甚至更好，以下為這兩支材料的介紹。

“羅杰斯非PTFE材料（例如RO4725JXR和RO4730JXR電路材料）在用于PCB天線時，其PIM性能始終在甚至優(yōu)于-164dBc的水平。不像PTFE材料需要特殊處理，用這兩種材料制造電路卻和處理標準PCB材料很相似。在10GHz頻率下，RO4725JXR和RO4730JXR的z軸介電常數(shù)都很低，分別為2.55和3.0，這對許多微波應(yīng)用極具吸引力。

PIM性能對PCB天線來說可能很重要，但它也會受其他材料參數(shù)影響，例如介電常數(shù)溫度系數(shù)（TCDk，用于衡量Dk隨溫度變化）。PTFE電路板材的TCDk通常很高。理想情況下，對于戶外應(yīng)用，TCDk應(yīng)該盡可能低，才有可能將Dk隨溫度變化降至最低，雖然這對PIM影響并未確定。

從TCDk值可以看出，對著環(huán)境溫度的變化，RO4725JXR和RO4730JXR電路材料的Dk值極為穩(wěn)定。RO4725JXR和RO4730JXR的TCDk值分別為34ppm和32ppm，表明其電氣性能在很寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，并對PIM性能的可能影響也很小。電路材料的穩(wěn)定性與TCDk值有關(guān)。

幸運的是，可以利用這兩種非PTFE材料來實現(xiàn)低PIM水平，而無需犧牲電氣和機械性能。RO4725JXR和RO4730JXR層壓板設(shè)計為天線級板材，能夠在室溫下實現(xiàn)低插入損耗因子（在2.5GHz和10GHz頻率下，分別為0.0022和0.0027）。它們屬于環(huán)境友好的的無鹵素材料，符合RoHS要求，可以進行高溫無鉛處理。

這種非PTFE材料由特制的熱固型樹脂和獨特的填料組成，其中填料由密閉微球構(gòu)成，從而造成了其重量輕、密度小和PIM低的特點。事實上，這些層壓板的重量通常比基于PTFE/玻璃纖維布組合的PCB材料輕約30%。RO4700JXR系列層壓板具有出色的機械穩(wěn)定性。它們具有優(yōu)于30ppm的z軸熱膨脹系數(shù)（CTE），實現(xiàn)了設(shè)計靈活性：在-55度到288度范圍內(nèi)，RO4725JXR和RO4730JXR層壓板得z軸CTE分別為25.6ppm和21.1ppm。

無論是基站天線還是其他無源元件（例如耦合器和濾波器），PIM都必須保持最低水平方能保證系統(tǒng)保持最高的語音、數(shù)據(jù)和視頻通信質(zhì)量，所以無論電路設(shè)計如何仔細，PCB材料選擇在很大程度上決定了最終能夠?qū)崿F(xiàn)的PIM。如果考慮戶外工作溫度范圍等其它因素，不難發(fā)現(xiàn)，在無線通信系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)目標PIM水平要從指定的那種具有低PIM性能PCB材料開始。”

盡管天線具有不同的形狀和尺寸，但印刷電路板(PCB)天線形式仍能夠在較大程度減小尺寸的情況下保持性能不發(fā)生變化。當然，天線(包括基于PCB的天線)必須在設(shè)計和加工時確保其具有最小的無源互調(diào)(PIM)指標，才能在現(xiàn)在擁擠的信號環(huán)境中發(fā)揮其最佳性能。

對于PCB天線，盡管低PIM指標主要與天線設(shè)計相關(guān)，但電路板材料對PCB天線的整體PIM性也有很大影響，所以低PIM天線也需要考慮怎樣選擇RF/微波電路材料。

8無源互調(diào)的一些改善建議

(1)銅箔粗糙度會影響PIM,普通銅箔粗糙度較大，銅箔上表面和下表面粗糙度都會影響PIM。建議使用反轉(zhuǎn)銅箔或低輪廓銅箔。

(2)銅箔厚度會影響電流密度分布，從而影響PIM,低電流分布PIM容易小，盡量選用薄銅箔。

(3)沉錫，鍍銀都是比較好的PIM表面處理，而含有Fe、Co、Ni之類元素的表面處理會惡化PIM。

(4)盡量多設(shè)計一些過孔，降低電流密度，盡量不要用孔走射頻信號。做好孔的匹配，降低不連續(xù)性。

(5)器件表面的金可以改善PIM,但鍍金前先鍍的鎳會使PIM惡化。

(6)測試時焊接需要完全，虛焊假焊都會影響PIM結(jié)果。焊接后的助焊劑需要清洗干凈。

(7)元器件盡量免免使用鐵氧體材料。

(8)安裝時使力矩扳手，結(jié)構(gòu)件的不連續(xù)會引起PIM的惡化，但連續(xù)性過強，也會影響PIM。

(9)PIM測試常規(guī)為141線纜，多次彎折后會有影響，測試前需要驗證。

（10）駐波比較差時，對于反射式測量方法的精度會有影響。

（11）屏蔽盒打孔需離走線有3倍走線寬度以上的距離。

（12）接頭內(nèi)導(dǎo)體的金屬鍍層對PIM有影響，測試前需驗證，多次使用需要用酒精擦拭。

（13）在天饋系統(tǒng)中PIM需要使用反射式方法測試。

（14）PCB板材本身的無源互調(diào)可通過制作出微帶傳輸線來測試。

（15）PCB測試PIM時，接頭和同軸線的PIM誤差無法去除，測試時需特別小心，并可通過多次測量結(jié)果取平均的方法來降低誤差。

（16）測試PCB板材互調(diào)時，需考濾DIN頭的互調(diào)影響，測試前需做驗證。

9常見問題

（1）安裝時為什么要使用力矩扳手？

使用力矩扳手是為了恰到好處地擰緊接頭。力矩大小的設(shè)置為：N型的電纜頭，設(shè)置在7N-M左右；7/16型電纜頭，設(shè)置在17N-M左右。不要施加過大力矩，如果使用了過大的力矩，那么不平衡的力矩和反轉(zhuǎn)力矩，或?qū)宇^的壓迫力，會損壞接頭本身或其螺紋。

（2）頻譜測試中窄帶模式與寬帶模式有什么不同？

由于頻譜儀的動態(tài)范圍的原因，致使在大信號存在的情況下，寬帶模式下無法觀察到一些較小的信號，因此我們的窄帶模式下對中國移動上行頻段外的信號做濾波處理，這樣就能觀察中國移動上行信號的某些干擾信號。

（3）頻譜測試時，選擇RBW多少合適？

RBW不同會影響底噪和掃描時間，RBW越小，底噪越低，可以測得的信號小，但是測試時間越長。建議寬帶測試用100K，窄帶模式測試時，建議用4KHz。

PS:RBW(Resolution Bandwidth)代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的最低頻寬差異。

（4）我們?yōu)槭裁匆獪y試5階互調(diào)？

從發(fā)射頻率計算互調(diào)產(chǎn)物頻率的情況來觀察中國移動現(xiàn)有的GSM頻段，3階互調(diào)產(chǎn)物未落入中國移動GSM網(wǎng)絡(luò)的上行頻段，但5階互調(diào)落入上行頻段中。以目前的行標和國標來定義，所有應(yīng)用于基站現(xiàn)場的無源器件的出廠指標定義為3階互調(diào)-107dBm@43dBm，但是就以現(xiàn)有形式來看，目前中國移動基站的無源器件只有極其小的比例能達到這個指標，因此我們觀察5階互調(diào)，以做到先排除干擾為先。

（5）測試互調(diào)時能不能定位到具體位置?

互調(diào)目前還不能定位到多少米，這是未來的一個研究方向。

（6）儀表顯示屏彈出VSWR告警是什么原因？

VSWR（駐波比）告警功能作用是在互調(diào)測試前對測試系統(tǒng)做VSWR檢測，如果檢測值高于VSWR門限值，則提交VSWR告警提示窗口, 目的是防止因為系統(tǒng)VSWR高導(dǎo)致儀表發(fā)射的大功率射頻信號對儀表和測試人員造成傷害。原因可能是被測件頻率不匹配、被測件故障、沒有擰好接頭或負載等等。

（7）點頻測試結(jié)果能否代表整個頻帶？

可以。在具體某個頻帶范圍內(nèi)，無源互調(diào)電平值不會發(fā)生突變，即使變化也是連續(xù)變。

（8）為什么多次測試被測件互調(diào)值會有差別？

可能是測量誤差造成，或是由于外部干擾造成，或是由于互調(diào)時間特性導(dǎo)致?；フ{(diào)具有隨時間變化特性，目前還沒有理論可以直接解釋這一現(xiàn)象，不過從連接角度解釋可以更好理解，測試電纜與被測件無源器件接頭擰緊之后，由于應(yīng)力緩慢釋放導(dǎo)致接觸壓力發(fā)生變化導(dǎo)致，而接觸非線性是產(chǎn)生無源互調(diào)的一個重要原因，從而導(dǎo)致互調(diào)隨時間變化。溫度和測試環(huán)境對PIM的測試影響大，PIM的跳躍非常厲害，只能取最差點作為記錄點。

（9）互調(diào)與駐波的區(qū)別？

互調(diào)產(chǎn)物是兩個或者兩個以上的頻率產(chǎn)生的新信號，反映的是無源器件的非線性程度；駐波比測試時僅發(fā)送一個小功率信號，然后用測試儀量測反饋回來的信號幅度，反映無源器件的匹配物性。

（10）互調(diào)對通信網(wǎng)絡(luò)帶來的影響？

無源系統(tǒng)產(chǎn)生的互調(diào)信號對通信網(wǎng)絡(luò)而言，是一個干擾信號?；フ{(diào)干擾會使基站接收機的底噪抬升，嚴重時會使基站接收機達到飽和，嚴重影響基站性能，造成通信網(wǎng)絡(luò)容量減小，用戶感知度下降。

（11）dBm與dBc有什么不同？

無源互調(diào)有絕對值和相對值兩種表達方式。絕對值表達方式是指以dBm為單位的無源互調(diào)的絕對值大??；相對值表達方式是指無源互調(diào)值與其中一個載頻的比值，用dBc來表示。例如，由兩個+43dBm 信號產(chǎn)生的一個-107dBm 的互調(diào)信號，也可以表示為-150dBc@2*43dBm。

（12）無源互調(diào)與頻率的關(guān)系

由于同軸連接器是寬帶元件，沒有頻率依賴性，因此，無源互調(diào)其影響程度僅與信道傳輸功率大小有關(guān)，目前還沒有證實與頻率有關(guān)。

（13）IM3、IM5、IM7、IM9為何只測IM3就可以了？

通?？碔M3、IM3最大，但有些系統(tǒng)會關(guān)注到IM5甚至更高級的互調(diào)。

（14）天線測試與PIM測試是否相同？

原理一樣，只是天線要放入微波暗室。

（15）微帶的PIM能否在設(shè)計時就可以預(yù)測出來？

因素較多，比較困難。

（16）測試微帶線輻射能量有多大，對測試者身體有無影響？

由于微帶線本身的輻射比較小，所以通常不會有影響。但是如果微帶匹配不佳，或者損壞就會有比較大的信號輻射出來。所以在測試之前需有安全流程，比如測試微帶的駐波等。

（17）天線設(shè)計中VSWR（駐波比）與PIM的是否有直接關(guān)系？

有，通常VSWR也有其指標要求。

（18）PIM對天線仿真有無影響。

PIM對不同傳輸功率下所觀測到的PIM是不同的，通常是規(guī)定在43dBm條件下測試的。同一板材在不同頻段（如800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz、2600MHz等）無源互調(diào)測試結(jié)果有差別。

（19）為什么直通和反射有這么大的區(qū)別？

通過測試儀器的原理，可以知道在高頻中取出低信號難度較大。