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---工程14(2022)181研究无源互调测量综述无源互调测量:挑战与解决方案蔡章华a,b,刘烈a,刘伟,Francesco de Paulisc,齐义宏a,b,刘伟通用测试系统公司,中国深圳518000b湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082cUAq EMC实验室,工业和信息工程与经济系,拉奎拉大学阿提奇莱因福奥文章历史记录:2021年8月21日收到2022年1月5日修订2022年2月28日接受2022年4月20日在线提供保留字:无源互调源定位消声室A B S T R A C T在现代无线通信系统中,信噪比是最重要的性能指标之一。当器件的其他射频(RF)性能设计良好时,无源互调(PIM)干扰可能成为限制系统SNR的重要因素无论是基站、室内分布式天线系统还是卫星系统,都有严格的PIM水平要求,以最大限度地减少干扰并增强多载波网络中的网络容量特别是对于5G无线通信等高功率、宽带宽的系统,PIM干扰更加严重。由于无源干扰的复杂性和不确定性,测量是研究和评估无线通信系统无源干扰性能的重要手段。本文介绍了国际电工委员会(IEC)等标准组织推荐的PIM测量方法,重点讨论了PIM测量中的几个关键问题(包括PIM测试仪的设计、PIM源的定位、紧凑型PIM暗室的设计以及PIM暗室的评估方法)及其解决方案。这些挑战对于解决实际无线通信系统中可能出现的PIM问题具有重要意义。©2022 The Bottoms.Elsevier LTD代表中国工程院出版,高等教育出版社有限公司。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)中找到。1. 介绍信噪比(SNR)是通信系统中用于确保可靠的接收机功能的最重要的品质因数。减少噪音和干扰是所有无线电科学家和工程师一直致力于的工作。系统前端无源器件产生的干扰是最严重的问题之一。无源器件、元件和系统的非线性干扰问题称为无源互调(PIM)[1,2]。无源干扰是限制系统信噪比的重要因素之一。当一个非线性分量中存在两个或两个以上信号时,会产生由原始频率组成的混合信号。在混合信号的频率在接收器的通带内的情况下,发生PIM干扰。当PIM水平高于系统的噪声基底时,其可显著降低接收器处的SNR对于同时具有接收和*通讯作者。电子邮件地址:lie.liu@ generaltest.com(L。Liu),yihong. generaltest.com(Y.Qi)。在发射功能中,高功率信号在发射路径中产生的PIM产物可能直接进入并影响接收路径。在这种情况下,PIM对SNR具有特别明显的以基站为例[3],104.9 dBm的典型PIM电平非常接近通用陆地无线电接入(UTRA)载体中103 dBm的本底噪声稍高的PIM电平可能会严重增加本底噪声。信噪比每下降1 dB,信道容量将下降约11%[4],从而极大地影响系统性能。在卫星通信中,PIM的影响更为严重,因为PIM电平通常要求在200 dBc左右。为了实现无线电通信链路的更好性能,必须通过设计、制造过程甚至在安装在基站中此外,由不断变化的技术和需求驱动的通信系统发展的当前趋势,例如5G无线系统、智能互联车辆、高功率以及多频带或宽带规范,将必然导致更多的PIM问题https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.02.0122095-8099/©2022 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页:www.elsevier.com/locate/engZ. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181182--PIM的来源通常可分为两类:接触非线性和材料非线性。第一个原因是电流流过不同材料之间的任何类型的结,产生非线性行为。它主要包括两种类型的接触,即金属-金属和金属-绝缘体-金属类型的接触。此外,松散的氧化或污染的金属接头也属于这一类。第二个原因是材料非线性,其指的是以由于施加电压而引起的非线性电流响应为特征的材料。这种类型的行为可能与材料的导电,介电或磁性有关[5]。引起非线性响应的物理机制复杂多样[6]。下面提供了一些例子:电子隧穿半导体效应[7-9]上面列出的机制也可以组合,使得最终的PIM效应可以归因于两个或更多个源。作为示例,在同轴连接器上可能同时存在由隧穿、铁磁效应、接触电阻等引起的非线性。而且,新材料、新结构和复杂集成技术都可能由于上述机理的组合和相互作用而带来新的PIM干扰效应。因此,在开发新的技术或设备时,对可能的PIM源进行理论分析是非常重要的。近年来,许多研究人员采用建模和仿真的方法对典型器件的无源注入进行了分析。Henrie等人[22,23]提出了一种应用于同轴连接器的PIM模型,该模型可以预测微波网络中同轴连接器的PIM。此外,Guo等人[24]提出了一种具有多个连接器的广义PIM网络模型。Jin等人[25,26]对连接器中的涂层材料和基础黄铜中的铁含量的影响进行了建模和分析。文献[1]讨论了印刷线路中PIM的机理。[27文献[1]研究了波导法兰处的PIM。[16、17、32]。采用全波频域方法对反射面天线的无源干扰进行了分析。[33、34]。Figueiredo等人。[35]提出了一种新的非线性系统表征方法,可用作系统设计、建模和补偿的指南。上述分析方法可以为减少PIM提供实用的指导。减少PIM的方法可以大致归纳为三大类。第一个目的是改变设备的设计,以避免或减少PIM。例如,在参考文献[36]中,间隙波导用于实现非接触式凸缘连接,这可以大大降低波导的PIM水平。根据参考文献[28]中的分析,可以通过添加几何不连续性来减少印刷线的PIM。第二种应用于设计不能改变的器件;在这种情况下,可以通过最大限度地减少松动部件、更好地平滑任何毛刺或选择具有类似导电性的待组装材料来改善装配工艺,从而降低PIM水平。例如,可以选择更好的涂层材料[25,26]。第三种解决方案涉及系统级PIM信号封装[23,37例如,Henrie等人[23,37]通过添加已知的非线性插入器网络来消除原始PIM,该网络可以有效地减少PIM,而无需对非线性器件进行特殊设计。Waheed等人[38]提出了一种数字消除解决方案来抑制系统中的PIM,他们证明了超过20 dB的PIM抑制。 这种方法可以有效地降低对器件线性度的要求[38]。然而,上述大多数分析方法都是针对特定设备开发的。对于实际系统,多个PIM源和多种机制并存,这可能需要多种分析方法和解决方案的组合。这样,理论分析的复杂性将增加,并且改进的PIM的预测的准确性将降低。因此,通过实验测试来识别PIM源并且因此通过最终的系统级测量来评估设备性能也是实际上重要的。标准化的PIM测量过程在国际电工委员会(IEC)标准IEC 62037[42]中有很好的描述。然而,在进行实际PIM测量时的一些相关方面和挑战在其中没有提及。这些方面对于PIM测量的准确性和PIM源的识别非常重要。下面列出了相关的PIM第一个挑战是设计具有大动态范围和宽工作带宽的PIM测试仪。PIM测试设备是进行任何PIM测量的先决条件。PIM测试仪的主要挑战是在大频率带宽内检测相对较低的PIM值。通常,测量系统的PIM噪声基底需要比被测设备(DUT)的PIM水平低5因此,对于移动通信系统,PIM噪声基底通常要求低于170 dBc。卫星通信系统的要求更高,需要噪声地板的近200 dBc。这就要求测量系统中的设备具有非常高的性能。功率放大器、滤波器、耦合器和其他核心部件的PIM性能决定了整个系统的性能。此外,各种信号消除技术也可以用于PIM测试仪中,可以有效提高系统的动态范围[43第二个重要的挑战是精确定位PIM源。特别是对于具有多个PIM源的复杂系统,理论分析不可避免地会遗漏一些PIM源,并且通常不能有效地评估PIM的大小。PIM的电平取决于非线性的程度和通过非线性节点的电流的大小。非线性在许多情况下难以评估,例如金属表面生锈或接头松动以及金属中铁磁材料的量;因此,控制电流是减少PIM的关键。然而,在天线等微波元件的设计中,通常只考虑电压驻波比(VSWR)和增益等全局参数,很少分析电流的大小。此外,很难确定哪些PIM源对系统有重大影响。参考文献中已经报道了一些用于不同类型设备的PIM源识别方法。[46例如,近场扫描测量方法可用于检测非闭合PIM源,例如印刷线[49声振动用于检测基站天线中的PIM源[53]。基于k空间多载波信号的方法可用于微波环境中多个PIM源的定位系统[54]。以下两个挑战与PIM试验室有关。电波暗室在提高PIM测量精度方面起着重要作用。这是一些作者所做的工作。第三个挑战是设计具有低背景PIM的紧凑室。PIM干涉在很大程度上取决于腔室的每个部件的加工和组装。PIM水平会随着结构的微小变化而变化,如导体表面粗糙度不同、氧化层薄或表面Z. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181183-Xy¼ax1--接触区域的污染、接触不良和碎屑。相同产品的不同样品可以通过不同的PIM性能来表征。因此,对于PIM要求严格的产品,应进行生产线测量。此外,在长距离运输过程中,由于连接器松动和表面污染,PIM性能可能会发生变化。因此,箱体安装后的现场PIM测量也非常重要,以确保设备的PIM规格始终在允许范围内。传统的大型腔室价格昂贵,占地面积大。文献[60]提出了一种低PIM电波暗室的设计方法,可用于实现小型化、低成本、高精度的PIM测试室。它可用作生产线或现场PIM测量的解决方案。第四个挑战是PIM室的评估方法。通常,制造商会给出腔室的背景PIM噪声。这对于非辐射元件是足够的,但它可能不适合辐射元件。腔室本身的结构也产生PIM信号,并且谐波功率取决于辐射到腔室PIM源的能量。例如,假设有两个天线具有不同的增益,并且它们的实际PIM值都是150 dBc。在测量过程中,低增益天线辐射的能量很小,可能产生的干扰只有160 dBc,几乎不影响测量结果。然而,高增益天线可能会产生150 dBc甚至更大的PIM干扰,这将导致测量误差较大。因此,腔室的评估应与DUT的增益相关。参考文献[61]中提出了一种使用低PIM中增益天线评估腔室PIM水平的方法。该方法通过降低路径损耗,将中等增益天线等同于高增益天线,避免了高增益低PIM的设计难度天线本综述的其余部分安排如下。第二节介绍了PIM干扰的特点。在第3节中,将根据国际标准IEC 62037审查基本PIM测量方法。PIM测量的挑战和解决方案将在第4节中详细阐述。最后对全文进行了总结。2. PIM干扰为了更好地理解无源调制,必须了解谐波和互调产物的基本理论无源器件的非线性函数可由以下幂级数表征(直流(DC)项省略):1KKk¼1其中x和y分别表示瞬时输入和输出信号;系数ak与器件的非线性特性有关(k是幂级数的阶数)。当输入信号是具有频率f1的单频信号时,根据等式2,作为基频的整数倍的谐波信号将出现在输出信号中。(1),如2f1、3f1等。 随着谐波阶数的增加,谐波的幅度通常会减小。虽然存在使用谐波的一些应用(例如,谐波混频器),无源器件中的谐波通常是不需要的信号[62]。当输入信号由两个频率(f1和f2)组成时,根据等式(1),在输出信号中不仅存在谐波信号,而且存在作为这两个频率的组合的结果的互调信号这些信号的频率可以统一表示为mf1+nf2,其中|+的|n|称为PIM信号的阶数。|iscalledtheorderofthePIMsignal.图图1显示了基频附近的互调信号。在大多数情况下,三阶PIM产品是最关心的,除非高阶PIM干扰应考虑卫星通信系统。大多数所需的PIM测量集中在三阶PIM产物上,因为它们最接近系统的工作频率,并且通常它们的幅度在所有其他奇数阶产物中最大。3. PIM测量方法标准尽管第三代合作伙伴计划(3GPP)和国际电信联盟(ITU)已经发布了关于PIM测量的标准[3,63],但是没有给出关于测量设置的细节和指南。PIM失真测试方法通常参考国际标准IEC 62037[42]。IEC 62037标准提供了测量无源射频(RF)和微波器件的PIM噪声的一般要求和方法。该标准定义了基本的PIM测试方法,规定了测试功率(43 dBm),并提供了误差分析。目前,行业内PIM测试设备的原理和透射法和反射法是IEC标准规定的PIM测量的基本方法 图图2同时给出了正向和反向PIM的典型测量方法。术语反向和正向与所测量的PIM相对于高功率信号的标称方向的方向有关。当测量反向PIM时,DUT产生的PIM信号被反射到端口1并由频谱分析仪(SA)检测。当测量前向PIM时,在前向方向上传输的PIM从端口2.当DUT具有两个或更多个端口时,前向PIM测量可能更常用,因为该模式通常可以反映DUT的最差情况。然而,在诸如天线的仅具有一个端口的DUT的情况下,反向PIM测量方法更容易实现。可能需要额外的组件来测量辐射DUT(如天线)的前向PIM。由于辐射系统只有一个端口,因此不能通过应用传输方法直接测量前向PIM。 应采用辐射法[64]。其原理是将产生的PIM信号通过DUT辐射到空间。辐射的PIM信号可以由探测天线接收,并由SA检测以进行分析。虽然IEC标准描述了基本的测量方法,但它不能解决一些重要的测量问题。如上所述,PIM源的位置对于能够识别和解决任何PIM问题非常重要。因此,图2中描述的标准方法不能具有普遍适用性。另外,对于辐射型DUT,环境干扰的控制是提高测量精度Fig. 1.基频附近的PIM信号频谱。Z. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181184P图二. PIM测试仪示意图。PA:功率放大器;:组合器的符号; Tx:发射; Rx:接收; LNA:低噪声放大器;fIM:PIM信号的频率; SA:频谱分析仪。准确性,这通常是通过在消声室内进行测试来实现的现行标准没有准确和具体地规定测量环境(电波暗室)的要求唯一的具体要求是吸收体的吸收率大于30 dB。这远远不足以完整定义用于测试辐射DUT的消声室评估的测试要求和适当的测试方法此外,由于新设备的开发,当前标准中包含的测量设置和指南无法满足不断增长的要求。因此,本文的第二部分旨在回顾这些重要测量问题所带来的具体挑战以及相应的解决方案。4. PIM测量的挑战和解决方案4.1. PIM测试仪设计面临的挑战及解决方案PIM测试仪是PIM测量的基础。电子元件的PIM水平决定了PIM测试仪的整体性能。目前,制造商通常通过严格筛选、使用昂贵的材料和改进制造工艺来保证器件的性能。也有一些研究工作旨在提高通过信号合成器[65]、滤波器[66]、负载[67]等的独特设计来提高器件的性能。除了改进器件本身外,采用前馈抵消技术也是提高系统性能的有效方法[43前馈抵消是一种产生与原始信号具有相同幅度和相反相位的信号,然后可以通过求和来抵消该方法仅能消除前馈信号引起的干扰,而不影响被测器件产生的PIM信号因此,前馈抵消技术特别适用于PIM测量系统中的干扰消除。如图3[43]所示,高动态范围PIM测量系统主要由信号源、放大器、隔离器、组合器等组成,如参考文献[44]所述[43]第43段。该系统只需要检测信号的功率以及检测和消除信号的组合功率,就可以预测消除所需的相移,并且可以自适应地消除干扰信号,前馈信号。该技术可以在宽带内将系统的动态范围扩展至少40 dB,在双音测试系统中可实现113 dB的动态范围。根据有无相消输运的差异,功率谱密度可以得到显著改善。这种数字消除方法对于5G载波聚合特别有用,5G载波聚合旨在满足更高数据速率的需求。4.2. PIM源定位面临的挑战和解决方案无源干扰源的识别是解决无源干扰问题的关键传统的PIM源定位方法主要有两种一种是敲击测试,使用小橡胶锤或螺丝刀手柄敲击网络中每个可能的PIM源位置,同时持续监测PIM水平。在这种类型的干扰下,有缺陷的组件将导致PIM水平的大幅波动。第二种方法是分段消除法,它通过对整个网络进行分解,测量部分部件,逐步缩小PIM源的可能位置,最终确定产生PIM的部件。但是,上述方法都需要人工操作,费时费力,并且可能无法准确定位PIM源。许多学者对这一问题进行了研究,并对其中的典型识别方法进行了介绍.目前,一些PIM分析仪已经集成了PIM源定位功能,例如Kaelus[46],Rosenberger[47],Anritsu[48]等。其故障定位技术的核心是采用时域反射计(TDR)原理。反射的PIM信号扫描特定频率范围。时域脉冲可以使用对反射信号的快速傅里叶逆变换(IFFT)这种PIM源定位技术有很多局限性。例如,在实际的天馈系统中,滤波器会带来额外的时间延迟,降低定位精度。另外,系统中多分支的存在会导致定位不确定性.近场扫描测量是另一种典型的方法。近场测量方法的框图如图4[50]所示,如参考文献[10]所述。[27,49基本原理是使用各种探头(如单极子和小环天线)在近距离Z. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181185-图3.第三章。高动态范围PIM测量系统(可以在DUT的输出端添加大值、低PIM衰减器或耦合器,以匹配矢量网络分析仪的功率)[43]。LO:本地振荡器; DAC:数模转换器。见图4。 近场测量系统框图[50]。DUT。探头检测到最大PIM信号场强的位置很可能是PIM源的位置。虽然探针本身可能是PIM的来源,但可以在DUT测试之前校准探针和整个PIM测试设置,以便消除探针引入的弱非线性。这一目标可以通过差分测量或通过后处理测试结果来实现。该方法最初用于确定基站天线中干扰源的位置[49,50]。最近,它已被用于印刷电路的PIM测量[27,51,52]。该方法是定位印刷电路等开放结构PIM源的有力工具。但是,它无法检测电缆、波导和腔体滤波器等封闭组件内部的PIM源。在该方法中可以检测到低于110 dBm的PIM电平[50]。当用于在印刷线中定位PIM源时,可以实现小于一厘米的精度由于在上述PIM源定位方法中发现的局限性,在参考文献[53]中提出了使用声振动来定位PIM源的测量方法。其主要框图如图5所示[53]。该方法是在被测器件的不同位置引入声振动,然后通过检测调制后的PIM信号的强度来识别PIM源的位置。该方法的基本思想与传统的敲击试验相似,但更系统、更准确。这该方法已经过工程验证,为基站厂商解决了多个PIM问题。因此,它可以被认为是一种相对成熟和有效的PIM源定位方法。这种方法的精度约为1厘米。该方法要求PIM源必须是由松散的机械接触或松散的非线性材料引起的。此外,对于金属器件,如陶瓷,声波可以传播到整个器件。 因此,PIM源在MEMS中的确切位置不能被准确地定位。无论是近场测量还是声振法都不能同时定位多个PIM源。文献[54]提出了一种基于相干测量技术的多点定位方法。框图如图6所示[54]。该方法在PIM测试系统中引入参考源,利用参考源与实际PIM源之间的幅值和相位差构造k空间多载波信号。基于k空间逆傅里叶变换和多载波信号的逆优化,提出了一种PIM定位算法。该方法可用于多点PIM源的定位,适用于开放和封闭结构。该方法的定位不确定度与总直流相位误差和所用带宽的乘积成正比。该方法能够识别每个PIM源与目标之间的距离。Z. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181186PIM图五. 振动调制测试系统设置框图[53]。图六、基于k空间多载波信号的定位方法框图[54]。u1、u2、u3:分别为源f1、f2和f3的初始相位;Du1、Du2:分别为源f1、f2的输出端口与DUT的输入端口之间的相位延迟;Du3:源f3的输出端口与相位比较器之间的相位延迟;Du0、Du0:DUT的输入端口与PIM源的位置之间的源的相位延迟;DuPIM:PIM信号的相位延迟1 2DUT的输入端口与比较器之间;Du0:PIM源和DUT输入端口之间PIM信号的相位延迟;DuMI M:电势由PIM源引起的固有相移; PC:个人计算机。输入端口然而,对于具有多个分支的DUT,在发生PIM源的分支的定位中发生不确定性除上述方法外,还提出了一些其他的PIM源定位方法Aspden等人[55该方法是通过低PIM天线向被测反射面发射两个单频信号。然后,使用平面扫描器在二维平面上检测反射波的振幅和相位经过数据分析,可以得到PIM源在反射面上的坐标。Yong等人[58]提出了一种使用发射源显微镜(ESM)定位PIM源的ESM是一种旨在通过测量距离DUT几个波长的平面上的场的振幅和相位来定位和表征干扰源的技术[68该算法以合成孔径雷达技术为基础,基于二维傅里叶变换。待测平面上的场可以从扫描平面上测量的场计算测量设置如图7[58]所示。该方法不需要对DUT进行馈电,并且可以在相对较大的距离处识别PIM源。Chen等人[59]提出了一种具有水填充的小型化波导单元。框图如图8所示[59]。印刷电路板(PCB)只需要插入波导两次以定位PCB上的PIM源在这种情况下,给DUT供电因此,它特别适用于PCB或其他不能直接馈电的开放式平面结构这些方法主要用于由集中非线性产生的PIM产品,通常用于一些明显的主导非线性,如在近距离内有多个PIM源的情况下,可能难以准确区分这些源,但至少人们可以知道哪个组件生成了PIM[50,53]。由于PIM来源的多样性,很难用一种方法来完成所有类型设备的PIM识别。某些测试方法通常对特定类型的设备更有效。因此,这些方法的可行性必须留给工程检查,以确定最适合待测特定器械的技术。4.3. 紧凑型PIM试验箱设计面临的挑战及解决方案在设计试验箱时,辐射系统的PIM评估会带来额外的约束。在辐射系统的情况下,DUT不仅可以向空间辐射能量,还可以从空间接收能量。因此,在测量PIM时可能会出现以下干扰源:从DUT辐射的RF信号可能会导致附近物体产生并重新辐射PIM信号;然后,这些PIM信号可能会被DUT接收到。DUT辐射的PIM信号可能会由于墙壁等物体的反射而再次被接收此外,其他RF信号Z. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181187见图7。 基于ESM的定位方法框图[58]。见图8。 使用波导单元的定位方法的框图[59]。PCB:印刷电路板。存在于空间中的信号也可以由DUT接收。这些信号都会对PIM的测量产生干扰,造成较大的测试误差.在室内或室外测量的PIM值可能相差数十分贝。因此,为了进行精确和可靠的PIM测量,需要消声室来限定测试空间并屏蔽外部噪声以及最小化来自室壁的内部反射。然而,在室内也有PIM源; PIM的主要来源是来自吸收材料和屏蔽外壳的反射波的非线性[60,61]。如图9[60]所示,可以考虑基于天线反射测试的示例,其中f1和f2是两个工作信号的频率。SIM_Ai是被测天线(AUT)的反向PIM; SIM_Ar也来自AUT,但它是由AUT生成的。成本高,空间大,而且很难移动或运输。此外,一般工厂建筑可能无法满足某些尺寸要求。这些问题使得传统的PIM试验箱非常不方便和昂贵。小尺寸的腔室将更容易组装和搬迁,成本低,效率高。PIM室的关键是设计低PIM吸收器和屏蔽外壳。人们证明,如果吸收器和屏蔽外壳不产生PIM,则腔室的大小变得无关紧要[60]。同时,还提出了一种实用的低PIM吸波材料和屏蔽结构。[60]第一章。在设计和制造反射信号S01 S02(S01S02 是f1屏蔽外壳。 如图 10 [60],关键是一个有效的-和f2由腔室反射);S0是SIM_Ai主动设计是为了避免大面积的SIM_AM和SIM_SE分别是来自吸收器和室壁的PIM;SIM_EX是指来自测试室外部的信号; SIM_EX代表测试仪器的总PIM噪声。这些信号中的大多数可以通过反射水平和腔室的屏蔽效能等指标来估计,但是SIM_AM和SIM_SE的大小是未知的。根据以前的报告,由于没有专门设计的屏蔽罩和吸收材料而导致的测量误差可能超过10dB[60,61]。针对这些PIM信号的传统方法是建立一个巨大的然后,可以通过大的路径损耗来降低PIM水平。当然,尺寸越大,任何不可避免的大面积接触应该通过重新设计接头结构而被移出腔室。待使用的金属板应该是非铁磁性的,并且具有平坦的固体结构,而不是由可能产生PIM的金属丝网织物制成。多层金属板结构和有损材料的使用可以在金属-金属接合处实现良好的屏蔽效果。吸波材料需要在保持低PIM的同时具有良好的吸波性能。良好的吸收特性降低了腔室的反射水平,并且同时可以衰减到达屏蔽外壳的信号,这可以固有地降低SIM_SE的PIM水平。FFFF林爱Z. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181188图9.第九条。试验箱中的PIM信号[60]。 S IM_AM:测试仪器的总PIM噪声; S0; S0:腔室反射的f1和f2的回波信号; S IM_AM,S IM_SE:PIMf1F2SIM_EX:来自测试箱外部的信号;AUT:被测天线;SIM_Ai:AUT的反向PIMS IM_Ar:来自AUT,但由S0生成S0; S0SIM_Ai的回波信号被腔室反射f1 f2林爱见图11。EPP吸收剂和EPP颗粒的SEM形态[60]。SEM:扫描电子显微镜。见图10。 屏蔽外壳的拼接结构[60]。大多数消声室采用由聚氨酯(PU)泡沫、碳颗粒或石墨粉末制成的金字塔吸收体。工艺流程简单,主要包括碳粉混合物的浸泡和干燥。这种工艺比较粗糙,可能存在材料不均匀、性能不稳定对于PIM,通过该工艺制造的材料中可能存在松散的碳颗粒接触,这将导致PIM产品的出现[1]。近年来,发泡聚丙烯(EPP)已开始用作电波暗室的吸收材料[71]。这种材料中的吸收剂使用纳米级炭黑(CB),它比PU基吸收剂中传统的微米级石墨颗粒更细。在成型过程中,纳米级炭黑颗粒可以充分接触.因此,它具有均匀分布的纳米颗粒,并且介电性能稳定。 图11[60]显示了EPP吸收剂及其在扫描电子显微镜(SEM)下的形态。可以看出,即使在SEM图像中也难以看到单个CB颗粒,这可能是PIM噪声的原因。因此,EPP吸收剂不仅在吸收性能上优于传统PU材料,而且由于颗粒在纳米尺度内并且均匀分布,因此具有低PIM水平。参考文献[60]中的实验表明,与传统的海绵吸波材料相比,EPP具有优异的性能,并且几乎不产生PIM产物。上面讨论的PIM试验箱设计的相关方面表明,未来的标准应纳入PIM试验箱的设计要求4.4. PIM试验箱性能评估面临的挑战及解决方案一旦设计和制造考虑到上述方面,PIM试验箱的性能该过程可分为两个部分:组件和整个腔室的评估。对电波暗室各部件的评估对电波暗室的设计和制造它可以确保所使用的组件不会引起PIM干扰。评估的主要对象是吸波材料和屏蔽罩。评价指标是各个部件的PIM性能该评估方法可以使用无端口设备(反射器、天线支撑等)的PIM根据图中显示的示意图, 12[72,73]。由于DUT是非端口组件并且不产生信号,因此可以通过两个发射天线发射两个单频信号当电磁波照射DUT时,将生成PIM信号然后它可以被接收探头接收 图 12,发射天线和接收天线可以共享[72,73]。但这就要求探头具有很低的PIM水平,否则会给测量结果带来较大的误差。总体评价用于PIM试验箱的最终验收如第1节所述,灭菌舱的残留PIM与DUT的增益有关。因此,在理论上,应当使用具有足够高增益的低PIM天线来检测腔室的PIM噪声。然而,高增益天线的结构相对复杂,连接较多Z. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181189见图12。 无端口部件的辐射试验方法。点、焊接点和非线性器件。因此,难以实现非常低的PIM水平。此外,高增益天线具有大孔径和窄波束。旋转大型天线(例如基站天线)以在室内对其进行扫描以进行全面分析是非常困难的文献[1]中提出了一种使用中等增益低PIM天线测量电离室[61]。通过缩短从天线的最大增益方向到腔室壁的距离,可以增加从腔室壁接收的功率然后,中等增益天线可以实现与高增益天线类似的效果。中增益天线可以仅用单个单元来实现与高增益天线相比,它很容易实现低PIM,并且通常尺寸较小,这具有移动或旋转灵活性更好的优点因此,中增益天线在设计和应用上都比较方便通过实验验证了该方法的可行性然而,仍然需要更严格的分析和5. 总结测量被认为是研究PIM干扰最有效的方法。在这篇综述中,PIM测量所面临的挑战和解决方案进行了全面介绍。目前的PIM测量标准提供了基本的测量方法,如透射法、反射法和辐射法。然而,PIM测量中的一些关键问题,如PIM测试仪的设计、PIM源位置的识别方法、紧凑廉价的PIM室的设计方法以及PIM室的综合性能评价技术等,还没有引起足够的重视前馈抵消技术可以有效降低系统的PIM干扰,大大提高PIM测试仪的动态范围[14]。文献[19]提出的声振法能有效地对PIM源进行定位,是目前常用的定位方法中较有实用价值的一种方法为了在不同环境和系统中定位PIM源,已经提出了各种定位方法,如近场扫描法、声振动法和k空间多载波信号法,本文对此进行了回顾和总结[46文献[1]中提出了一种实现低PIM燃烧室[60],并且证明了如果没有来自腔室的PIM源,则腔室的尺寸在PIM测量中变得无关紧要。基于特定组装工艺和特定吸收材料的室设计可用作设计紧凑型PIM室的指导。参考文献[61]中提出了一种PIM暗室评估方法,该方法可以使用中增益天线,以评估高增益天线在电波暗室中的干扰。本文所讨论的问题和技术对于解决PIM问题,有效定位PIM源,构建低成本、低残留PIM的紧凑环境具有重要意义。本文可以为卫星和5G基站更苛刻的PIM测试要求的额外和更具体的工作奠定基础。随着无线通信技术的发展,无源干扰问题涉及到复杂的多物理环境、多种调制方式和信道重叠等问题,因此有可能成为一个有待进一步拓展和深入研究的热点问题。在这种情况下,未来可能需要能够识别和评估宽带宽和动态范围内的PIM量的仪器此外,与目前多样化的定位方法相比,未来的PIM源定位方法应该准确地发展,然后标准化,以便应用于具有共同结果的更多种类的设备在PIM试验箱的情况最后,PIM易受环境干扰(温度变化或环境应力等)的影响,并且在某些情况下可能需要高灵敏度的实时监控设备。遵守道德操守准则Zhanghua Cai、Lie Liu、Francesco de Paulis和Yihong Qi声明他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。引用[1] 吕波通信系统中的无源互调干扰。ElectrCommun Eng J 1990;2(3):109-18.[2] Sanford J.天线设计中的无源互调考虑。在:IEEE网络和传播学会国际研讨会论文集;1993年6月28日至7月2日;美国密歇根州安娜堡。IEEE; 1993年。p. 1651-4.[3] TR 37.808:基站(BS)的无源互调(PIM)处理。3GPP标准。法国:3GPP; 2013年。[4] 巴特勒河PIM测试:先进的无线服务强调需要更好的PIM控制。次报告.苏州:康普;2017.[5] 希诺嫩湾微波天线之研究:天线结构之无源交调失真与微带天线元件之设计[论文]。赫尔辛基:赫尔辛基理工大学;2005年。[6] 小威尔克森射频通信系统中的无源互调失真[学位论文]。罗利:北卡罗来纳州立大学; 2010年。[7] 西蒙斯用薄绝缘膜隔开的相似电极间的电隧道效应的一般公式。J Appl Phys 1963;34(6):1793-803.Z. 蔡湖,加-地Liu,F.de Paulis等人工程14(2022)181190[8] Higa WH. 电 子 隧 穿在 大 型 反 射 器天 线 上 产 生 的寄 生 信 号 。 Proc IEEE1975;63(2):306-13.[9] Bond C , Guenzer C , Carosella C. 电 子 隧 穿 氧 化 铝 薄 膜 产 生 互 调 。 ProcIEEE1979;67(12):1643-52.[10] 张文,张文,等.平行板区域内电子倍增器辐射功率谱的计算方法.北京:科学出版社,1999. 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