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        無源器件互調的產生與解決措施

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        互調產生的原因

        隨著移動通信的飛速發展,對接收系統的靈敏度要求日益提高,使得同一傳輸信道內可能存在很多不同頻率的信號,如果傳輸線或連接傳輸線的射頻無源器件特性不良,就可能使不同頻率之間產生無源交調(Passive intermodulation/PIM),結果使有效傳輸信號發生畸變,產生噪聲和雜波,影響信號傳輸速率。

        在移動通信系統CDMA800、GSM900、GSM1800、3G、WLAN、傳呼臺等蜂窩基站上,或者室內分布系統中,由于傳輸Tx功率較大,因為系統是雙工的,即多載波發射通道同時也是接收通道,所以要求相當嚴格。這些系統中要用到雙工器、合路器、功分器、耦合器等常規無源器件,這些無源器件通常采用7一16 ( L29 ) 、N、EIA等射頻同軸連接器。在一個理想的線性傳輸系統內,其輸出相對于輸入是成正比的。實際上非線性變化在射頻無源器件中是不可避免的,只是因載波信號較小時非線性產生的無源互調產物引起的噪聲不大而不引起人們的注意,但當載波信號大于30dBm時,這種交調影響就比較明顯了。

        信號在線性系統的傳輸,特性是成比例線性變化的(如圖一),而在非線性系統的傳輸特性是按指數規律變化的(如圖二)。從圖二可明顯地看出,正半周的幅度大于負半周的幅度,該波形的特性與原有信號相比已發生了質的變化,它是由原來的基波和相應的諧波疊加而成,這些諧波將同傳輸線上的其它載波進行互調。wu1

        這一交調的結果就產生了一些額外的頻率,即交調生成物,如圖三中的2F1一F2、2F2一F1、3Fl一F2、 3F2一Fl等。當這些交調生成物在傳輸線中足夠大時,就會象載波一樣的傳輸線中傳輸而占用有效的信號通道。

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        除非線性因素外,在同軸連接器中生成無源交調的還有以下幾個方面的原因。

        (1)金屬零件電鍍過程中未清洗干凈的電鍍溶液。

        (2)鍍層導電性不好,鍍層厚度、致密度不夠。

        (3)表面銹蝕。

        (4)中心接觸件的不同金屬材料。

        (5)信通道內的磁線材料。

        (6)較低的接觸點正壓力。

        (7)表面粗糙度大。

        (8)器件腔體內的碎屑和灰塵。

        (9)螺旋狀的信號通道。

        (10)焊點要少,不能虛焊,焊點要圓、亮,至少要平滑。

        互調研究動態

        無源交調并不是最近才發現的,實際上人們早就知道射頻無源器件里會出現無源交調,但為什么現在才重視這個指標呢?我們說主要是無源互調不象其它指標那么直觀或容易捕捉得到,在一些場合它是相對可以忽略不計的,或者說其影響是很小的。可以說傳輸功率的大小確定了相應交調的界限,因此交調大多是在蜂窩大功率系統里才引起人們的注意,例如這些系統中用的7一16和N型連接器,都用無源器件。

        蜂窩系統中的無源交調的影響

        對于蜂窩系統的服務需求來說,最初人們關心的只是傳輸的頻道效率和清晰度。隨著技術的不斷發展和市場競爭的需要,高可靠大容量的傳送設備己成為發展的主流。這一趨勢的潛在障礙就是無源交調,在這種情況下如果無源器件交調性能不好,就可能出現較差的呼叫質量。

        電纜裝接方式與無源交調

        焊接與壓接是最好的電纜裝接方式,它能使電纜與連接器之間產生? 360°的點接觸。這樣緊密的接觸保證了整個接觸性能,因而改善了無源交調特性。連接器內導體最好直接焊到電纜芯線上,這樣比壓接好,不僅可減小接觸電阻,而且消除了連接間隙。

        無源交調與頻率的關系

        由于同軸連接器是寬帶元件,沒有頻率依賴性,因此,無源交調也無頻率依賴性,其影響程度僅與信道傳輸功率大小有關,與頻率無關。

        無源交調的測試

        無源交調的測試方法仍在研究之中,目前有SUMMITEC權威性的標準測試方案,JOINTCOM也在研究。

        互調的解決辦法

        無源交調的解決辦法

        針對上述無源交調產生的原因,在無源器件設計和制造中應采取以下措施。

        1)從電鍍角度考慮,為降低無源交調,減少接觸電阻,最好采用鍍銀層,厚度應在6um以上,鍍層應無雜質且必須用鉻酸鹽鈍化,這就是 7-16 或 N 型大功率產品鍍銀的原因。 但鍍銀層易變色的問題在某些場合要慎重考慮。鍍金也是較好的選擇,但成本較高。鍍銅是比較好的選擇。

        2)在產品結構設計方面盡避免出現阻抗不連續性,盡可能保持一致的特性阻抗,減小非線性因素。

        3)濾波器類諧振器阻抗最好在77ohm.

        4)選擇導電率高的材料,如銅及其合金,避免采用不銹鋼或其它含磁性材料,即便要用導磁率應小于2.0。

        5)提高表面加工質量,一般表面粗糙度應在0.4um以下。并且不得有凹坑,碎屑等雜物。

        6)導電體表面不得有斑點和銹蝕。

        7)選擇良好的彈性材料,進行精細加工和真空熱處理,以保證接觸件在 500 次插拔過程中具有穩定可靠的接觸正壓力和較小的接觸電阻。

        8)避免不同金屬,特別是彼此之間可能產生電動勢耦合的不相容金屬互相結合,防止產生電化學腐蝕

        9)電纜連接器內導體與電纜芯線之連接應采用焊接方式,不宜采用壓接方式。

        濾波器類器件互調解決辦法

        濾波器類器件互調測試有兩種:REV、FWD。

        從濾波器類器件的特點來看,主要由以下幾類零件組成:腔體、諧振桿、蓋板、螺桿、飛桿、飛桿頭、飛桿座、固定螺釘等。

        從前面分析的原因來看,解決互調需要重點注意以下幾個方面:1)腔體、蓋板、諧振桿、飛桿、飛桿頭鍍銀厚度要大于6μ,鍍銀致密,電鍍液要清洗干凈,螺桿因為調試,鍍銀至少要2μ;2)帶抽頭的諧振桿,非常關鍵,可以先焊接再鍍銀,鍍銀再焊接,對焊接要求高很多,這里需要焊接完后把松香用酒精清理干凈,可是鍍銀器件用酒精清洗后容易發黃,對互調也有影響;3)帶抽頭的諧振桿與連接器的焊接(當然連接器的互調要很好),焊接完后要把焊點清理干凈,做清理工作比較麻煩;4)調試,調試過程中,來回反復的鎖緊螺桿,容易把螺桿與蓋板間摩擦的碎屑容易掉進腔體里,對互調影響大,建議盡量少的反復鎖緊螺桿;5)飛桿與飛桿頭需要焊接,螺紋部分建議有焊錫焊完。

        目前濾波器類器件存在的問題:

        1)互調不過后沒有明確的措施,只是通過簡單的超聲波大面積清洗;

        2)焊接點(諧振桿焊接點、連接器焊接點)沒有清洗,有明顯的松香及殘渣,即使超聲波清洗后依然存在完好;

        3)焊接后的諧振桿發黃;

        4)飛桿(容性、感性)焊接后沒有清洗,有松香及黑色污垢;

        5)大面積清洗后腔體底部邊緣出現黑色,預計與鍍銀溶液沒有清洗干凈有關;

        6)調試過程中反復鎖緊螺桿,復調過程中也出現這種情況。

        對目前互調情況的幾點建議:

        1)對腔體、蓋板、諧振桿、飛桿、飛桿頭、螺桿的鍍銀厚度與致密度加以控制;

        2)裝配中注意所有焊接點的清潔,用少量酒精的棉球清除松香,焊接點盡量少畫痕;

        3)大面積的清洗時間不要過長,因為焊接點部分是很難通過超聲波大面積清洗干凈的,可以在焊接點先做清潔,最后在大面積清洗;

        4)操作中帶白紗手套;

        5)在抽頭彎形時,鍍銀的銅線要注意保護,不應該出現畫傷表面的鍍銀;

        6)初調中盡量少來回鎖緊螺桿,復調中盡量不調螺桿。

        腔體耦合器類互調注意焊接點的問題,零件鍍銀滿足要求,互調比較容易解決;腔體功分器沒有焊接點,互調更好解決

        微帶類器件互調除了注意濾波器類器件的問題,還有與微帶板材料關系很大,這里就不做分析

        總之,無源互調對無源器件和通信系統的研究人員來說都是一個課題。本文僅是作者實際工作中的一些心得,僅供業界同行交流和參考。

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