首页/文章/ 详情

什么是无源互调?

22天前浏览1167
从事射频设计的同学都清楚有源器件会产生非线性,非线性带来的最大的危害就是互调失真,因此在射频系统设计和生产阶段,设计了很多种方案来提高射频系统的线性度,降低互调的影响。
但是经常会忽视无源器件非线性的影响,尽管它非常微小,但是在很多情况下,也会成为压垮射频系统的最后一根稻草,很多设计精良的射频系统就倒在了无源互调上。
因此无源互调也应该受到大家的重视,尤其是在大功率射频系统中。

No.1

什么是无源互调?

相对于有源互调,无源互调是指当两个或者多个信号通过无源器件时,由于无源器件(包括连接器,滤波器,功分器,天线等)的非线性而产生的互调产物,英文缩写为PIM, Passive Intermodulation。 
这些新产生的互调产物,包括IMD3,IMD5,IMD7等等。如果这些互调产物落在了接收机通带或者其他高灵敏度的射频产品通带内,就会对本身接收机系统或者其他接收机系统带来比较大的影响。
比如在蜂窝通信系统中,在 LTE B2 中,下行链路指定为 1930 MHz 至 1990 MHz,而上行链路范围为 1850 MHz 至 1910 MHz。如果位于 1940 MHz 和 1980 MHz 的两个发射机载波使用 PIM 从基站系统发射,它们的互调将导致 1900 MHz 的分量,该分量将落入接收频段。这将影响接收器。此外,2020 MHz的互调产物可能会影响其他系统。
如下图所示:
TX通带内信号产生的无源互调产物如果落在RX带内,不仅会干扰RX接收信号的灵敏度,甚至可能完全阻塞通信,因此在早期的蜂窝通信频带规划时,尽可能地保证IMD3 不会落在RX带内。
但是随着移动通信频道越来越拥挤,以及多载波聚合技术的应用,想完全避开接收通带几乎是不可能的,因此无源互调的问题会越来越受重视。
其实不仅TX发射信号产生的互调会影响RX,RX自身的无源互调产物也会影响到,这就涉及到互调灵敏度的概念。
在无线通信系统中,由于互调效应导致的接收机对信号的敏感度降低的程度。互调效应是当两个或多个频率信号同时存在于接收机接收范围内时,由于非线性元件的作用,会产生新的频率分量,这些新频率分量可能会与原始信号或其它信号发生干扰,影响通信质量。
互调灵敏度可以用互调产物(Intermodulation Products, IP)的级别来衡量,通常表示为相对于原始信号的分贝(dB)值。互调产物的级别越低,说明互调效应对接收机性能的影响越小,接收机的互调灵敏度越高。
在无线通信设备的设计中,提高互调灵敏度是一个重要的目标,因为这可以减少互调干扰,提高通信系统的整体性能。通过使用高质量的线性放大器、滤波器和其他组件,以及优化信号处理算法,可以降低互调效应,提高接收机的互调灵敏度。
还有一个注意点,无源器件的非线性会产生无源互调,会不会产生相应的Harmonic呢?这个大家可以留言讨论一下。

No.2

无源互调的分类及产生机理

无源互调产生的原因多种多样,比如材料的缺陷,接触不良,制造工艺缺陷等。针对其产生的原因,可以对症下药。
1,设计缺陷导致的PIM
有句俗话叫做:研发乃万恶之源。说实话,产品的任何问题都可以从研发找到其根源。对于无源互调也同样受用。
比如对于如下图的通信系统,其双工器的设计对无源互调就极其重要。因此在设计中,要重点关注双工器的设计和制造,尤其是对于天线口处作为TX滤波器和RX滤波器连接的部分。
同时呢,有论文提到了PIM消除的方法,如下图所示,通过对PIM进行检测重建,可以从接收信号中消除无源器件产生的互调产物。
实验结果如下:
通过PIM消除技术,可以有效改善TX通路产生的互调对RX接收的影响。
但是随着通信系统越来越复杂,这种方法的有效性还尚待验证。比如下图所示的多通道FDD产品。
其互调影响将会变得复杂,不仅要考虑IM3的影响,IM5,IM7等互调产物也会对相邻接收通带带来影响。
总而言之,在设计之初,就要考虑整个射频系统对于无源互调的可承受度,以及无源器件的互调指标。选择高互调的无源器件,会让后面的测试和生产变得非常容易。
2,装配产生互调
对于无源器件,更多的是采用结构来实现射频功能,比如滤波器,双工器,天线等,其生产过程中,组装占据了很大部分。
比如下面这个滤波器,里面就有各种金属部件,通过组装到一起来实现滤波器功能的。
因此由于装配导致的PIM问题就显得非常重要。
常见的装配问题包括:
  • 连接器配接接口(通常为 N 型或 DIN7/DIN16),松动或者力矩不够导致接触不良。

  • 电缆附件(电缆/连接器接头的机械稳定性),

  • 清洁度(污垢或湿气污染),油污或者水汽导致的接触不良;

  • 电缆注意事项(电缆的质量和坚固性),

  • 焊接不良/虚焊等,

  • 机械坚固性(因风和振动而弯曲)。

因此,在无源器件的生产过程中,一定要注意组装的质量,保证组装的稳定性,以减少因为装配导致的PIM问题。
3,材料产生无源互调
关于材料这块,其实应该放在设计中,因为对于无源器件来说,很多材料的选择是在产品设计市就定下来的。
比如有一些磁性材料,在高互调器件中要慎重选择。磁性材料的磁滞特性,非线性磁化曲线,磁致伸缩等特性都会导致非线性的加剧。比如常见的铁、镍、钴及其合金在高互调器件中应避免使用。
除此之外,一些半导体材料或者金属氧化物,金属腐蚀等都会导致解除不良或者材料非线性带来互调影响。

No.3

结论

无源互调这个老话题,其实一直是困扰射频设计人员的一个痛点,如何解决无源互调,不仅要在设计上,生产上下功夫,更要在材料选择上下功夫。另外PIM消除算法的发展,也为解决射频系统互调问题提供了新思路。

参考文献
1,https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/passive-intermodulation-effects-in-base-stations-understanding-the-challenges-and-solutions.html
2,https://www.analog.com/en/resources/technical-articles/ip3-and-intermodulation-guide.html
3,https://www.electronicdesign.com/technologies/communications/article/21798494/understanding-intermodulation-distortion-measurements
4,https://arxiv.org/pdf/1812.03655
5,https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9758050
来源:射频学堂
振动非线性半导体芯片通信UM焊接材料装配
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-07-12
最近编辑:22天前
射频学堂
硕士 学射频,就来射频学堂。
获赞 146粉丝 270文章 924课程 0
点赞
收藏
作者推荐

这所电子科技大学排名不高,分数很高……

我们在前面的文章中介绍了四电四邮,四电就是指以电子科技为校名的四所高校,分别是电子科技大学,西安电子科技大学,杭州电子科技大学和桂林电子科技大学。这四所大学从诞生之日起就是以电子信息类学科为主,也是目前培养电子信息行业从业者最多的高校。这几个学校出来,在电子信息和通信领域到处都是校友!但是,还有一所以电子科技为校名的高校,这所学校名字很普通——北京电子科技学院,甚至连大学都还不是,但是在电子信息领域又非常的特别。北京电子科技学院位于首都北京,在众多的北京高校中并不起眼,在校友会2023中国大学排名中,北京电子科技学院位列全国第359名。这个位次在北京可以说是根本就进不了大家的法眼。但是北京科技学院的录取分数线却出奇的高,2023年北京电子科技学院本科提前批A段录取分数线为:女生:643分/3563位次(专业组04,物理必选)。女生:637分/4325位次(专业组02,不限选科)。男生:621分/6691位次(专业组03,物理必选)。这个位次和分数,不要说我们之前说的两电一邮,就是冲刺一下普通C9 也是有可能的。为什么这么高呢?因为考上它,就相当于通过了国家公务员 考试,每年有接近95%的毕业生在各党政机关任职。那么今天,我们一起来认识一下这所神奇的电子信息类高校。北京电子科技学院的前身是1947年8月在河北省平山县西柏坡开办的中央工委青年干部训练班,先后更名为南京机要学校、北京机要学校、宣化机要学校;1981年升格为北京电子专科学校;1992年,升格为北京电子科技学院;1993年,中南海业余大学并入北京电子科技学院。而中南海业余大学最早创立于1948年的中央机关文化补习学校,毛泽东主席担任名誉校长,刘少奇同志担任第一任校长。在1954年停办之后的1978年,由胡 耀邦同志倡议恢复学校。无论是各机要学校还是中南海业于大学,都预示着这所高校的不一般,目前北京电子科技学院隶属于中央办公厅,为全国各级党政机关培养信息安全和办公自动化专门人才。目前,北京电子信息学院有4个系和2个教学部:密码科学与技术系、网络空间安全系、电子与通信工程系、密码保密管理系、思想政治理论教学研究部和人文社会科学教学研究部。目前共有八个专业,大约2000余在校生。院系专业密码科学与技术系信息安全、信息与计算科学网络空间安全系网络空间安全、计算机科学与技术、信息管理与信息系统 电子与通信工程系电子信息工程、通信工程管理系行政管理、保密管理 并且,北京电子科技学院只在提前批招生,而且在各省的招生工作有省委办公厅有关部门负责。报考条件要求也非常严格:招生录取不仅根据考试分数,而且要求政审和面试。下面是北京电子科技学院在2023年的招聘计划,每年大约只招生390人左右。这所学校值得报考吗?我想对于有志于考公的同学来说,可以去尝试的,毕竟这个进去就相当于考上了,而且属于提前批,不占用正常志愿的报考。但是也是要慎重,毕竟这么高的分,如果能报考一个更好的学校是不是更好。当然这个也要看你个人性格和志向,如果你只想要未来一个稳定性,那么可以报考,如果你想未来更多的可能性,那么普通高校也许更适合你。但是,对于刚参加完高考的同学来说,谁知道未来是什么样子?自己想做什么?甚至很多志愿都是家长直接代报的。 [object Object]来源:射频学堂

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈