WCDMA系統(tǒng)中PIM的分析與測(cè)量

　　無源互調(diào)(Passive Inter Modulation，PIM)效應(yīng)是HPM效應(yīng)的一種，在HPM條件下，HPM通過不同的耦合途徑進(jìn)入電子系統(tǒng)，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)，部件和系統(tǒng)的非線性特性也會(huì)變得更加明顯，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的PIM問題，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。這使得對(duì)PIM效應(yīng)的分析研究顯得尤為重要。

　　PIM的測(cè)量足PIM問題中一個(gè)重要的研究方向，一方面測(cè)量所得的數(shù)據(jù)可以用來進(jìn)行高階PIM的預(yù)測(cè);另一方面，為研究無源部件的PIM機(jī)理提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　1 PIM測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)與基礎(chǔ)測(cè)量方法

　　1.1 測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　從原理上來看，PIM的測(cè)量方法與有源部件的互調(diào)測(cè)量方法類似，但是由于PIM自身的特殊性，其測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，要求也更高。一般地，PIM測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

　　(1)大功率信號(hào)源：PIM的測(cè)量是大功率測(cè)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(cè)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(duì)測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度要求很高。

　　(3)低PIM組件：PIM測(cè)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(cè)件PIM電平的-6 dB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(gè)測(cè)試系統(tǒng)能夠正常工作。

　　(4)PIMP與環(huán)境溫度有關(guān)，并隨著時(shí)間發(fā)生變化，因此需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的溫度循環(huán)試驗(yàn)。

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

　　1.2 PIM的基礎(chǔ)測(cè)量方法

　　對(duì)于PIM測(cè)量來說，測(cè)量方法十分重要。針對(duì)不同的器件、不同的測(cè)量要求，有4種測(cè)量方法：直通測(cè)量法、反射測(cè)量法、輻射測(cè)量法、再輻射測(cè)量法，此外還有用于整個(gè)衛(wèi)星的整星級(jí)測(cè)量法。

　　2 WCDMA系統(tǒng)發(fā)射頻段PIM效應(yīng)的分析

　　所有的無源部件實(shí)際上都存在一定程度的非線性。當(dāng)輸入功率較小時(shí)，這些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(shí)，與接收信號(hào)相比，非線性因素所造成的影響比較大，就不能被忽略了。隨著通信衛(wèi)星向更高功率、更寬頻帶和更高的接收機(jī)靈敏度的趨勢(shì)發(fā)展，無源互調(diào)對(duì)通信衛(wèi)星的影響已經(jīng)成為不可回避的重要問題。

　　在GSM900/1 800和800 MHz CDMA通信系統(tǒng)中，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的三階互凋產(chǎn)物會(huì)落入到他們各自的接收頻段。隨著發(fā)射功率的增加，在WCDMA系統(tǒng)中，其發(fā)射頻段為2 150～2 210 MHz，接收頻段為1 920～1 980 MHz，由發(fā)射頻段產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物不會(huì)落入到其自身的接收頻段，而會(huì)落到發(fā)射頻段。通過以下數(shù)學(xué)計(jì)算可以來驗(yàn)證這個(gè)現(xiàn)象。

　　三階互調(diào)產(chǎn)物fPIM3=2f1-f2，其中f1=[2 150，2 210]，f2=[2 150，2 210]。要證明fPIM3≠[1 920，1 980]只要求出fPIM3的取值范圍，看這個(gè)集合與[1 920，1 980]是否有交集即可。

　　要求fPIM3的取值范圍，關(guān)鍵是求出其最小值fPIM3(min)和最大值fPIM3(max)：

　　可以發(fā)現(xiàn)，無論f1和f2在2 150～2 210 MHz范圍內(nèi)如何變化，其fPIM3均不會(huì)落入到1 920～1 980 MHz的接收頻段，而會(huì)落到2 150～2 210 MHz的發(fā)射頻段。

　　此外WCDMA系統(tǒng)的七階互調(diào)會(huì)落入到其接收頻段，如fPIM7=4f1-3f2=4