無源互調(Passive Inter Modulation，PIM)效應是HPM效應的一種，在HPM條件下，HPM通過不同的耦合途徑進入電子系統(tǒng)，由于其大功率特性，使傳統(tǒng)的無源線性器件產生較強的非線性效應，部件和系統(tǒng)的非線性特性也會變得更加明顯，導致更為嚴重的PIM問題，進而影響整個系統(tǒng)的性能。這使得對PIM效應的分析研究顯得尤為重要。

　　PIM的測量足PIM問題中一個重要的研究方向，一方面測量所得的數(shù)據(jù)可以用來進行高階PIM的預測;另一方面，為研究無源部件的PIM機理提供實驗數(shù)據(jù)。

　　1 PIM測量系統(tǒng)的特點與基礎測量方法

　　1.1 測量系統(tǒng)的特點

　　從原理上來看，PIM的測量方法與有源部件的互調測量方法類似，但是由于PIM自身的特殊性，其測量系統(tǒng)的結構更復雜，要求也更高。一般地，PIM測量系統(tǒng)應具有以下特點：

　　(1)大功率信號源：PIM的測量是大功率測量問題，一般需要以高于工作功率電平2～4倍的功率進行測量，微波功率高達上百瓦甚至幾千瓦。

　　(2)高靈敏度接收機由于PIM的功率電平一般都非常低，對測量系統(tǒng)的靈敏度要求很高。

　　(3)低PIM組件：PIM測試系統(tǒng)的組成部件本身必須是高性能、低PIM的。專用的合成器、定向耦合器、濾波器等產生的PIM電平必須控制在被測件PIM電平的-6 dB以下，連匹配負載都要采用不產生PIM的特殊負載，以保證整個測試系統(tǒng)能夠正常工作。

　　(4)PIMP與環(huán)境溫度有關，并隨著時間發(fā)生變化，因此需要進行長時間的溫度循環(huán)試驗。

　　(5)此外，PIM測量系統(tǒng)與頻率和帶寬的相關性很強，測量系統(tǒng)難以通用，一般需要根據(jù)測試目的進行專門的制作。同時，不僅要測量無源部件的PIM產物，還要能夠對天線和整星進行測量。因此，如何設計一個低PIM的測量系統(tǒng)是進行PIM測量首先必須解決的問題。

　　1.2 PIM的基礎測量方法

　　對于PIM測量來說，測量方法十分重要。針對不同的器件、不同的測量要求，有4種測量方法：直通測量法、反射測量法、輻射測量法、再輻射測量法，此外還有用于整個衛(wèi)星的整星級測量法。

　　2 WCDMA系統(tǒng)發(fā)射頻段PIM效應的分析

　　所有的無源部件實際上都存在一定程度的非線性。當輸入功率較小時，這些器件的非線性程度較弱，可以忽略其非線性而近似為線性器件。但當輸入功率很大時，與接收信號相比，非線性因素所造成的影響比較大，就不能被忽略了。隨著通信衛(wèi)星向更高功率、更寬頻帶和更高的接收機靈敏度的趨勢發(fā)展，無源互調對通信衛(wèi)星的影響已經成為不可回避的重要問題。

　　在GSM900/1 800和800 MHz CDMA通信系統(tǒng)中，由發(fā)射頻段產生的三階互凋產物會落入到他們各自的接收頻段。隨著發(fā)射功率的增加，在WCDMA系統(tǒng)中，其發(fā)射頻段為2 150～2 210 MHz，接收頻段為1 920～1 980 MHz，由發(fā)射頻段產生的互調產物不會落入到其自身的接收頻段，而會落到發(fā)射頻段。通過以下數(shù)學計算可以來驗證這個現(xiàn)象。

　　三階互調產物fPIM3=2f1-f2，其中f1=[2 150，2 210]，f2=[2 150，2 210]。要證明fPIM3≠[1 920，1 980]只要求出fPIM3的取值范圍，看這個集合與[1 920，1 980]是否有交集即可。

　　要求fPIM3的取值范圍，關鍵是求出其值fPIM3(min)和值fPIM3(max)：

　　

　　可以發(fā)現(xiàn)，無論f1和f2在2 150～2 210 MHz范圍內如何變化，其fPIM3均不會落入到1 920～1 980 MHz的接收頻段，而會落到2 150～2 210 MHz的發(fā)射頻段。

　　此外WCDMA系統(tǒng)的七階互調會落入到其接收頻段，如fPIM7=4f1-3f2=4×2 150-3×2 210=1 970 MHz。

　　在WCDMA系統(tǒng)中，如果在發(fā)射頻段產生一個-110 dBm的無源互調信號，也就是干擾信號，這可能會給系統(tǒng)帶來影響，因為這個數(shù)值已經大于系統(tǒng)中有用信號的幅度了。

3 WCDMA系統(tǒng)發(fā)射頻段PIM的測量系統(tǒng)

　　在GSM900/1 800和800MHz的CDM八以及WCDMA通信系統(tǒng)中的無源互調測量時，通常采用雙工器和濾波器來提取IM3值。

　　一個典型的GSM900接收頻段的二端口器件無源互調測量系統(tǒng)。當f1和f2通過DUT(被測器件)時，DUT的輸出存在4個頻率分量f1，f2，2f1-f2和2f2-f1，其中f1和f2直接被大功率低互調負載所吸收，而2f1-f2和2f2-f1則被雙工器提取出來，濾波器則是為了進一步濾除f1和f2，以提高頻譜分析儀的動態(tài)范圍。由于三階互調產物全部落入接收頻段，故可以采用標準的雙工器和濾波器。

　　而WCDMA頻段則不同，從前面分析中發(fā)現(xiàn)，其發(fā)射頻段(2 150～2 210 MHz)產生的IM3值落到了發(fā)射頻段，使IM3值和f1及f2靠的很近。在這種情況下，無法采用雙工器將IM3提取出來，而要采用其他方法。如圖2所示，采用了WCDMA二端口無源互調測量系統(tǒng)。兩個46 dBm的CW信號分別通過合路器合成到一條傳輸線中并加到DUT上，合成信號通過DUT后被一個低互調負載吸收，其中-30 dB的信號被定向耦合器耦合出來，通過一個可調帶通濾波器，在頻譜分析儀上測試出允許的IM3值。

　　從測試原理和方法看，無源互調的測試并不復雜，但是要完成準確的測試卻并不容易。在搭建測試系統(tǒng)時，要注意系統(tǒng)中的每個環(huán)節(jié)。

　　功率放大器 由于WCDMA系統(tǒng)中的無源器件會在更高的射頻功率電平下工作，所以WCDMA無源互調測量系統(tǒng)中的功率應盡可能大，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46～47 dBm的功率放大器。

　　定向耦合器 考慮到輸入到頻譜儀的f1和f2功率總和應盡可能小，所以采用30 dB定向耦合器?？墒诡l譜儀工作在安全電平下，同時避免大功率信號在頻譜儀內產生有源互調，可以通過帶通濾波器將f1和f2抑制到0 dBm以下。

　　濾波器 由于WCDMA三階互調產物落在發(fā)射頻段，所以無法用固定濾波器來提取IM3分量?？梢圆捎每烧{的帶通濾波器來完成這個功能，帶通濾波器的Q值應盡可能地高，建議采用五節(jié)帶通濾波器。

　　測試電纜 在整個系統(tǒng)中，惟一需要經常移動的就是DUT和連接DUT的電纜。采用特種編織電纜或者微波電纜來做無源互調的測試電纜，如RG 393，這種電纜自身的PIM值可以達到-165 dBc。

　　測試系統(tǒng) 從無源互調測試原理考慮，測試系統(tǒng)應固化在標準機箱內。這樣可以避免很多影響測試的不確定因素，如可以用半柔電纜來替代編織電纜，合理掌握接頭的連接力矩，防止系統(tǒng)中器件的移動而導致的接觸不良等因素影響測試。

　　4 結 語

　　從原理上來看，無源互調的測量方法與有源部件的互調測量方法類似，但是由于無源互調自身的特殊性，其測量系統(tǒng)的結構更復雜，要求也更高。目前，國內只有航天工業(yè)總公司504所能夠進行簡單的測量。

　　WCDMA系統(tǒng)目前正處于起步階段，其無源互調的測量也沒有標準可依，目前只有少數(shù)企業(yè)在從事WCDMA無源互調測試的研究。但由于這個指標會直接影響到無源器件的生產和制造，從而進一步影響到系統(tǒng)的性能，目前已有越來越多的無源器件制造商和基站制造商開始關心這個指標，相信在不遠的將來就會有合適的無源互調測量系統(tǒng)誕生。