用于BTS通信基站天線無源互調(diào)電平(PIM)精準(zhǔn)測量的檢測暗室

PIM 介紹: 無源互調(diào)（Passive Inter-Modulation, PIM）是由天線發(fā) 射系統(tǒng)中各種無源器件的非線性特性引起的。在大功率、多信道系統(tǒng)中，由于其大功率特性，使傳統(tǒng)的無源線性器件產(chǎn)生較強(qiáng)的非線性效應(yīng)，這些無源器件的非線性 會產(chǎn)生相對于工作頻率的更高次諧波，這些諧波與工作頻率混合會產(chǎn)生一組新的頻率，其最終結(jié)果就是在空中產(chǎn)生一組無用的頻譜（三階互調(diào)產(chǎn)物, 五階互調(diào)產(chǎn)物, 七階互調(diào)產(chǎn)物…）,如果這些互調(diào)產(chǎn)物落在發(fā)射或接收波段區(qū)間，并且這些互調(diào)產(chǎn)物的功率超過系統(tǒng)中有用信號的最小幅度, 就會影響正常的通信。所有無源器件由于非線性特性都會產(chǎn)生互調(diào)失真，其產(chǎn)生的原因很多，如機(jī)械接觸的不可靠、虛焊和表面氧化等。

 

在GSM900 通信系統(tǒng)與3G 通信系統(tǒng)中，隨著發(fā)射功率的增加，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物會落入到他們各自的接收頻段。通過以下數(shù)學(xué)計(jì)算可以來驗(yàn)證這個現(xiàn)象
1- 2G GSM 上行/下行[890,915]/[935,960] fPIM3=[910,985] fPIM5=[885,1010] fPIM7=[860,1035]
2- 3G WCDMA / CDMA2000 / TD-SCDMA 上行/下行[1920,2060]/[2110,2170]
fPIM3=[2050,2230] fPIM5=[1990,2290] fPIM7=[1930,2350]

從上述計(jì)算結(jié)果可知，GSM900 與3G 通信系統(tǒng)中，fPIM3/ fPIM5/ fPIM7 均落入到上行的接收頻段。如果在發(fā)射頻段產(chǎn)生一個-110dBm 的無源互調(diào)信號，也就是干擾信號，這可能會給系統(tǒng)帶來影響，因?yàn)檫@個數(shù)值已經(jīng)大于系統(tǒng)中有用信號的最小幅度。

 

因此當(dāng)輸入功率較小時，由于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(dāng)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。隨著移動 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，運(yùn)營商面臨數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長過快帶來了各種挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)催生了有源基站天線的大量運(yùn)用，促使了移動通信系統(tǒng)向更低能耗、更高功率、更寬頻帶和更高的接收機(jī)靈敏度的趨勢發(fā)展， 無源互調(diào)對移動通信的影響已經(jīng)成為不可回避的重要問題。

有源基站天線參考圖片

 

天線無源互調(diào)電平測量系統(tǒng)與測量方法

天線PIM 測量系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
(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(jìn)行測量，微波功率高達(dá)上百瓦甚至幾千瓦。

(2) 高靈敏度接收機(jī)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(chǎn)生的PIM 電平必須控制在被測件PIM 電平的-6dB 以下，連匹配負(fù)載都要采用不產(chǎn)生PIM 的特殊負(fù)載，以保證整個測試系統(tǒng)能夠正常工作。

(4) PIMP（Passive Inter Modulation Product，無源互調(diào)產(chǎn)物）與環(huán)境溫度有關(guān)，并隨著時間發(fā)生變化，因此需要進(jìn)行長時間的溫度循環(huán)試驗(yàn)。

(5) 此外，PIM 測量系統(tǒng)與頻率和帶寬的相關(guān)性很強(qiáng)，測量系統(tǒng)難以通用，一般需要根據(jù)測試目的進(jìn)行專門的制作。同時，不僅要測量無源部件的PIM 產(chǎn)物，還要能夠?qū)μ炀€和整星進(jìn)行測量。因此，如何設(shè)計(jì)一個低PIM 的測量系統(tǒng)是進(jìn)行PIM 測量首先必須解決的問題。

 

天線接收（反射）PIM 測試布置如下圖所示

 

PIM 測試的準(zhǔn)確性會受到測試系統(tǒng)外部或內(nèi)部很多因素的影響。影響天線產(chǎn)品的PIM 測試結(jié)果的因素包括以下幾個方面：
a）暴露在AUT 輻射場中的導(dǎo)電材料；
b）AUT 的安裝附件出現(xiàn)松動、損壞或腐蝕；
c）暴露在來自AUT 輻射的射頻場中的松動或腐蝕的附件；
d）測試系統(tǒng)外部的無線電射頻信號；
e）性能很差的同軸接口電纜；
f）接口連接處存在骯臟、污染、磨損；
g）接口連接不當(dāng)；
h）射頻接口連接屏蔽不善；
i）來自于測試設(shè)備的未經(jīng)過濾的有源互調(diào)。

如果條件允許，天線PIM 電平測量可在室外完成。在進(jìn)行這種測試時，必須滿足政府規(guī)章中允許的射頻輻射電平要求，另外，來自于AUT 的射頻能量輻射，可能在周圍物體上產(chǎn)生PIM，并反射到天線中，導(dǎo)致天線PIM 測試結(jié)果存在誤差，同時來自于外部的射頻輻射也可能會干擾測試質(zhì)量，因此為準(zhǔn)確測量天線PIM 電平，測試應(yīng)當(dāng)在一個低PIM 測試環(huán)境的電波暗室(也稱為無源互調(diào)檢測暗室,互調(diào)檢測暗室,無源互調(diào)暗室,PIM 暗室或PIM test Chamber)里進(jìn)行，這樣可減少或消除很多影響因素。

 

天線無源互調(diào)接收（反射）電平暗室測量數(shù)學(xué)模型

其中σ 代表連接件的PIM 電平與輸入信號的比值(dBc)ω3 代表PIM3 的頻率(MHz)
從上述模型中可知，為準(zhǔn)確測量天線PIM 電平，暗室建造的關(guān)鍵是吸波海綿的選擇以及暗室殼體的材料和施工方法，以期降低數(shù)學(xué)模型中的第一項(xiàng)。

 

深圳常寧電子作為天線測試系統(tǒng)供應(yīng)商與微波暗室設(shè)計(jì)制造商, 在近一年的時間內(nèi), 成功完成一支持大口徑金屬網(wǎng)狀展開天線的高階(13rd 階)互調(diào)電平精準(zhǔn)測量的大型暗室工程, 以及為數(shù)不少的支持無源基站天線與天線+RRU 的有源基站天線3rd, 5th 互調(diào)電平精準(zhǔn)測量的小型暗室工程 (如Commscope, Andrew etc.公司), 成為基站通信天線, 微波通信天線等天線無源互調(diào)PIM 電平精準(zhǔn)測量暗室工程制造行業(yè)之佼佼者。

 

用于BTS 天線無源互調(diào)電平(PIM)精準(zhǔn)測量的暗室主要技術(shù)指標(biāo)Changning antenna PIM Test Chamber Technical Specifications
異性外觀，幕墻色彩工業(yè)設(shè)計(jì)
滿足無源基站天線與有源基站天線PIM3電平測量所需的環(huán)境
暗室工作頻率范圍: 400MHz –18GHz
暗室屏蔽效能>100dB @ 400MHz –18GHz
暗室殘留PIM電平< -165dBc PIM3@2x43.5dBm (測試頻段700MHz~6GHz)
優(yōu)質(zhì)國產(chǎn)700MM+500MM吸波海綿，高阻燃性能，連續(xù)照射承受功率容量1kw/m²
全手工打造木制天線測試架與測試平臺