PIM無源交調

2025-12-02 13:43:15 2

PIM無源交調是指兩個或更多的頻率在非線性器件中混合在一起產生雜散信號。當兩個或多個不同頻率信號通過同一無源器件時，其非線性效應會導致交調產物（如三階信號2F1-F2）生成，若落入接收頻段則造成通信干擾。主要成因包括金屬連接點接觸不良、材料鍍層缺陷及機械應力等工藝問題，典型誘因如松動電纜、污染連接器、老化天線等。

該現象按來源可分為設計引入型（如環行器/雙工器非線性）、裝配型（安裝質量缺陷）和銹體型（外部金屬物反射）三類。檢測技術涵蓋線路掃描、時域反射（TDR）、頻域反射（FDR）及交調定位（DTP）算法，測試需滿足功率電平43-47dBm且系統殘余交調低于-160dBc等技術條件。解決方案包括PIM抵消算法、頻率規劃優化及工藝改進措施，其中數學模型中三階交調預測誤差需控制在5%以內。國際標準IEC 62037規定采用雙20W測試音檢測器件PIM指標，以確保基站等設備性能合格。

該技術研究始于20世紀衛星通信領域，2005年學界提出IM Microscope方法預測互調產物電平。2024年相關研究突破故障定位技術，基于參考信號的測量方法可將電纜故障定位誤差控制在1米內。

發展歷史

2023年9月，全球*支持衛星通話的大眾智能手機——華為Mate 60 Pro上市，而為用戶提供語音、數據等衛星通信服務的“幕后功臣”正是中國自主研制的天通一號衛星系統。其中，低無源互調（PIM）技術是整個衛星系統最關鍵的技術之一。

技術簡介

在無線通信系統中，隨著固定帶寬內需要通過的語音和數據信息日益增加，無源互調成為了限制系統容量的一個重要因素。如同在有源器件中一樣，兩個或更多的頻率在非線性器件中混合在一起便產生了雜散信號——無源互調。當雜散互調信號落在基站的接收頻帶內，接收機的靈敏度就會降低，從而導致通話質量或系統載波干擾比（C/I）的降低，和通信系統的容量減少。

無源互調由許多因素引發，其中包括：機械接觸不良、射頻通道中包含的磁性導體和射頻傳導面的污染等等。雖然精確預計器件的無源互調電平比較困難，但是我們可以用測量的數據來表征器件。因為無源互調的性能會隨著結構上的微小改變而變化，因此制造商應該對應用在基站中的射頻器件進行100%的檢查，以確保器件的無源互調始終維持在合格范圍。

產生特點

PIM的產生是固有的，不隨頻率選擇而變化； PIM的產生不遵守二次方程定律，精確計算不可能。

PIM現象產生的潛在因素：a. 鐵磁材料（diff）例如：鋼鐵鎳鉬等。. b. 腐蝕過的材料會產生相當高的電平 c. 同軸連接器連接的緊固狀態 d. 微小裂縫、微小碎屑、金屬結構種的砂眼e. 金屬連接處有臟東西、因涂覆形成的“電容現象” 金屬絕緣物金屬連接物的存在，引起非線性。f. 溫度、熱脹冷縮改變機械加載影響PIMg. 同軸電纜屏蔽層（編組物）材料及填充因子會產生一定的電平等，鋁和不銹鋼編織物或鍍鎳銅產生相當高的電平。

無源互調通俗的講是一種電磁干擾，它是指由無源部件的固有非線性導致的產物，基本的PIM現象是由電流流過非線性部件產生的，例如：濾波器、同軸電纜及連接器、金屬連接面、天線饋源及天線等無源部件由于多種原因可能產生固有的非線性。引起無源部件非線性的微觀原理非常復雜，它不僅與材料性質、結構形式由關，還于通道加載及系統裝配的工藝質量相關。

無源互調 (PIM) 的定義

無源互調 (PIM) 有兩種定義方式，分別是以 dBm 為單位的表示PIM信號功率大小的值和以 dBc 為單位的表示 PIM信號功率和載波信號功率之間的差的值。

dBm、dBc、db的區別是什么？
答：dB也是功率增益的單位，表示一個相對值。當計算A的功率相比于B大或小多少個dB時，可按公式10 lg A/B計算。 dBm是一個表示功率*值的單位，計算公式為：10lg功率值/1mW。 dBc也是一個表示功率相對值的單位，與dB的計算方法完全一樣。一般來說，dBc相對于載波(Carrier)功率而言。在許多情況下，用來度量載波功率的相對值，如度量干擾（同頻干擾、互調干擾、交調干擾、帶外干擾等）以及耦合、雜散等的相對量值。無源互調有*值和相對值兩種表達方式。*值表達方式是指以dBm為單位的無源互調的*值大小；相對值表達方式是指無源互調值與其中一個載頻的比值，用dBc來表示。例如，由兩個+43dBm 信號產生的一個-107dBm 的互調信號，也可以表示為-150dBc@2*43dBm。

如果兩個載波信號的功率為 20 W 或 + 43 dBm，而被測器件能產生 -110 dBm (*值) 的 PIM信號的話，那么其相對于載波信號的最大差值就是-153 dBc。當兩個基波信號的功率為+43 dBm 時，通常業內能夠接受的無源器件的 PIM 指標會在-100 ~ -120 dBm 之間，這是一個很小的值。

下圖是一個無線通信系統前端設備的典型結構圖。雖然通過濾波可以把信號發射路徑中由功放產生的干擾信號去掉，但是射頻信號路徑中由無源器件 (天線、電纜或連接器) 引起的PIM干擾信號是無法濾掉的。信號發射(Tx) 通道中的 PIM干擾信號會進入信號接收(Rx) 通道，這會增加接收通道中的噪聲功率從而降低無線通信的質量。因此要想保證整個無線通信系統的質量，就必須使用 PIM指標很低的無源器件，以滿足通信系統的總體技術要求。

無源互調PIM干擾源

PIM無源互調可以發生在任何兩種不同金屬的連接點或接口處，例如連接器和電纜組件的連接處，天線和天線饋源的連接處。接觸不良的連接器，內部生銹或氧化的連接器也可能會導致PIM。PCB材料也可能是PIM的來源，它可能來自于材料本身，也可能來自饋電點。PIM多是由不一致的金屬接觸點在傳輸高強度電流時造成的，如傳輸線，射頻元件或外部系統中的主波束天線覆蓋區域。

常見無源互調PIM干擾源如下：

被污染或射頻表面氧化
射頻連接頭扭曲
射頻元件受到沖擊和振動導致內部螺絲或鉚釘松動
射頻連接器內部的金屬薄片或元件碎屑
因不當工具或不正確的組裝程序造成射頻終端損壞
基站天線對著金屬板片或生銹的通風管

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