1. 摘要

 

在1999年，國際電聯技術委員會發布了一個應用於射頻組件及係統中無源互調測試的62037標準，在未來12年中
，無線技術將從以提供語音的2G係統發展到以高速數據為主的4G 係統。這些4 G係統需要新的網絡體係結構與寬帶調製方案,才能達到提高網絡容量的需求。本文綜述了IEX62037標準對係統組件，子係統及當今電信基礎設施的適用性以及從技術方麵解釋是否有必要將PIM 測試功率電平從20W 增加到40W。

 

PIM表示"無源交調"：它(ta)代(dai)表(biao)兩(liang)個(ge)或(huo)更(geng)多(duo)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)具(ju)非(fei)線(xian)性(xing)特(te)性(xing)的(de)無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)傳(chuan)輸(shu)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)交(jiao)調(tiao)產(chan)物(wu)。機(ji)械(xie)連(lian)接(jie)部(bu)分(fen)的(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)一(yi)般(ban)會(hui)引(yin)起(qi)非(fei)線(xian)性(xing)效(xiao)應(ying)

，這(zhe)在(zai)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)金(jin)屬(shu)的(de)接(jie)合(he)處(chu)尤(you)為(wei)明(ming)顯(xian)。實(shi)例(li)包(bao)括(kuo)：鬆動的電纜連接、不幹淨的連接器、性能糟糕的雙工器或老化的天線等。

 

無源交調在蜂窩通信行業是一個重大問題，而且非常難以排解。在蜂窩通信係統中，PIM可能引起幹擾
，降低接收機靈敏度，甚至完全阻塞通信。這種幹擾可能影響產生它的蜂窩以及附近的其他接收機。例如，在LTE頻段2中
，下行鏈路範圍是1930 MHz至1990 MHz，上行鏈路範圍是1850 MHz至1910 MHz。若有兩個分別位於1940 MHz和1980 MHz的發射載波從具有PIM的基站係統發射信號
，則其交調會產生一個位於1900 MHz的分量，該分量落入了接收頻段，這會影響接收機。此外，位於2020 MHz的交調可能影響其他係統。

 

無源交調
，落到接收機頻段

 

某些無源器件與其傳輸線路一起會產生無源交調。因此，當設計係統時
，開發團隊應根據器件製造商給出的規格
，選擇PIM最小或處於可接受水平的無源元件。環行器、雙工器和開關特別容易產生PIM效應。設計人員若能接受較高水平的無源交調，那麼可以選擇成本較低、尺寸較小或性能較低的器件。

 

器件設計權衡：尺寸
、功耗

、抑製和PIM性能

 

2：為什麼要進行PIM 測試

 

當兩個、或huo多duo個ge射she頻pin信xin號hao在zai非fei線xian性xing交jiao界jie處chu時shi，在zai射she頻pin通tong道dao中zhong會hui產chan生sheng無wu源yuan互hu調tiao幹gan擾rao。這zhe些xie幹gan擾rao信xin號hao與yu原yuan始shi的de射she頻pin輸shu入ru信xin號hao相xiang調tiao製zhi產chan生sheng新xin的de幹gan擾rao信xin號hao，如ru果guo新xin的de幹gan擾rao信xin號hao落luo入ru網wang絡luo運yun營ying商shang的de接jie收shou頻pin帶dai內nei
，抬tai升sheng底di噪zao會hui導dao致zhi網wang絡luo數shu據ju速su率lv及ji服fu務wu質zhi量liang下xia降jiang。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


，射頻元件或外部係統中的主波束天線覆蓋區域。PIM 幹擾源的常見來源如下：

 

1. 被汙染或射頻表麵氧化

2. 射頻連接頭扭曲

3. 射頻元件受到衝擊和振動導致內部螺絲或鉚釘鬆動

4. 射頻連接器內部的金屬薄片或元件碎屑

5. 因不當工具或不正確的組裝程序造成射頻終端損壞。

6. 基站天線對著金屬板片或生鏽的通風管

 

 

無源互調測試是通過使用射頻傳輸信號和高度敏感的接收器來檢測和測量並發這些問題的所在。PIM ceshikeyiyonglaijianceshepinyuanjian，zixitongjiyidongwangluoxitongdexingneng，keyishibiechukaochuantongfangshiruwaiguanjianzhajicanshuceliangbunengfaxiandewenti，rujixiexingneng

，cailiao
，gongyidengwenti。

 

3：國際電聯技術管理委員會

 

在早期的商業電信中，很容易理解，根據其它通信係統和大多數特別是衛星通信，因為 PIM 能產生幹擾故影響其性能。認識到這些問題以後
，移動運營商和零部件供應商（生產天線

，跳線，接頭，濾波器，避雷器等等）認識到需找到低PIM 解決方案。但是，關於低PIM 指導方針的資料很少。

 

隨著議器的發展
，世界各地的零部件製造商開始對其產品性能指定不同的或不一致的PIM參數，一些製造商隻對實驗室的產品進行互調測試就聲稱是低PIM 產品，其它廠商則是對不同的部件進行了PIM 測試來核實是設計的問題還是組裝的問題。被認證的高階PIM 產品，如IM5 或IM7 是根據最終用戶帶寬來操作的，最後，一些製造商指定最差PIM 要進行動態測試，最好的PIM 值要進行靜態測試。

此類任意或隨意的態度
，使他們不可能對產品和性能進行比較
，為統一標準，IEC 委員會46工作組6 創建了一個關於PIM 測試的行業標準。這個工作小組由設備製造廠商，零部件製造廠商，高校和國際標準組織組成。

 

4: 發展中推薦的測試標準

 

剛gang開kai始shi
，在zai工gong作zuo組zu中zhong從cong學xue術shu，實shi用yong的de或huo政zheng治zhi上shang進jin行xing了le很hen多duo爭zheng論lun。這zhe些xie爭zheng論lun包bao括kuo使shi用yong什shen麼me方fang式shi
，多duo大da功gong率lv，什shen麼me樣yang的de互hu調tiao產chan品pin需xu要yao測ce量liang
，怎zen麼me樣yang重zhong複fu測ce試shi及ji動dong態tai測ce試shi的de意yi義yi和hePIM 測試是或是必要的，因為隻有高階互調會落在移動運營商的接收頻帶內。經過大量的分析，試驗和討論，終於在1999 年IEC 製定並發布62037 標準。該規範對PIM測試定義了技術要求，在試驗裝置及一致性方麵提供了建議。如下兩個主要原始規範：

 

• 移動通信係統PIM 測試應使用同樣的功率電平2*20W三階IM 產品通常代表了最壞情況，因此測量設備IM3 的值。對於IEC-62307 的更新版本在2012 年5 月發布，更多的介紹了對天線，連接器
，電纜，電纜組件
，濾波器的測試。這個新版本包含了相同的基本建議及規範
，測試IM3 使用2*20W測試標準並為PIM 測試添加了第三個關鍵需求：

 

• 被測設備應該受到影響即進行動態PIM 測試在1996 年，布拉德和裏克哈特曼開發了操作簡單Summitek 議器（現在的凱鐳思）並為IEC 規範提供了完整的PIM 測試解決方案。布拉德和裏克哈特曼參加了原先的工作小組，他們發明的PIM 分析議已經變成了事實上的世界標準議器來執行這個測試。

 

 

5：高載波功率測試的問題

 

新進入 PIM 測試設備生產商的企業聲稱無源互調測試應該使用 40W的功率


，而不是 IEC先前推薦的 20W功率，用高功率能檢測出用 20W 測試時發現不了的問題，所以建議應該用 40W功率級別測試，它同時也是世界範圍內現網 BTS載波運行級別。

 

為了確定這些爭論的正確性
，首先，考慮 PIM測試應該代表實際 BTS的級別。在下麵的表格中可以看到
， PIMceshicanshufenbiecongyigejizhandekongzhongjiekou

，zaiboshu，gonglvdianpingfangmianjinxingleyanzheng。xiangfan，zaiyigefeixianxingshepintongdaozhong
，yongbutongdeceshicanshulaidingyiceliangfangfajingquede。zaixiamiandewenjianzhongkeyikandao，duiyushepinyuanjianjigongyingshangchanpindeceshi 20W是足夠了。

 

 

如果測試目標是模擬實際環境中的基站，則需要使用100W（而不是40W）的測試設備來代替基站的實際發射水準，且測試設備需要能傳輸GSM ,寬帶CDMA 或LTE 波(bo)形(xing)，而(er)不(bu)是(shi)單(dan)獨(du)的(de)連(lian)續(xu)波(bo)。因(yin)此(ci)會(hui)造(zao)成(cheng)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)更(geng)大(da)，更(geng)重(zhong)，更(geng)貴(gui)且(qie)對(dui)測(ce)試(shi)人(ren)員(yuan)會(hui)造(zao)成(cheng)更(geng)大(da)的(de)安(an)全(quan)風(feng)險(xian)。另(ling)外(wai)這(zhe)種(zhong)設(she)備(bei)每(mei)隔(ge)幾(ji)年(nian)都(dou)要(yao)進(jin)行(xing)更(geng)換(huan)才(cai)能(neng)跟(gen)上(shang)不(bu)斷(duan)變(bian)化(hua)的(de)無(wu)線(xian)行(xing)業(ye)（2G,3G,4G 等等），對dui測ce試shi裝zhuang備bei行xing業ye是shi一yi個ge好hao消xiao息xi，但dan對dui於yu射she頻pin製zhi造zao廠chang商shang及ji網wang絡luo運yun營ying商shang來lai說shuo
，則ze需xu要yao被bei迫po不bu斷duan的de投tou資zi額e外wai的de資zi本ben支zhi出chu來lai跟gen上shang不bu斷duan變bian化hua的de測ce試shi規gui範fan。這zhe正zheng是shiIEC 工作組早在1999 年麵臨的同樣問題，他們麵臨的挑戰是建立一個適合解決此類問題
，而不是反複變化的測試標準，IEC 研究小組分析了這個問題（幾年以上）和製定了行業標準測試規範。

 

為了處理這份聲明
，需要使用更高的測試功率而不是行業標準20W .同於要分析PIM 的不同表現形式，就需要增加測試功率以及對係統整體進行測試而不是單獨測試各個組件。產生PIM 的大小依賴於材料的物理特性。從下麵的數據來看，可以得出結論。Spinner PIM標準(生產使用二極管的結構)創造了最高水平的PIM,波紋電纜(采用固體銅導體在焊接連接)產生的最低級別PIM在任何給定的測試功耗。

 

 

另外一個值得注意的是
，當測試功率從2W 變化到40W 的區間內，PIM 變化等級也是不同的，理論是線性範圍內測試功率增加1dB 三階互調幹擾值增加3dB。但在實踐中，這種變化速率是很底的

，其實產生PIM 材料的物理特性而變化的，在上述例子中，PIM 值變化介於1.4dB 至2.9dB 之間。如預期的一樣
，仍然是一個全方位的功率範圍測試。這意味著，如果我們知道PIM 產生的等級
，根據材料物理特性選擇測試功率電平和我們知道的PIM 變化曲線圖，我們就能準確的估計在不同的測試功率條件產生的PIM 的幅度。使用這方麵的知識，我們可以看到
，隨著功率的增加就沒有什麼新的或不希望的結果顯示。相同條件下在40W 比20WPIM 等級要大
，但它是一個可預測的數值。

 

為了驗證用40W 能看到在20W 測試時看不到的問題這份聲明的真實性，
，以下兩個條件中的一個必須是真實的：

 

1. 測試議器沒有足夠的接收機靈敏度，相對PIM 信號信噪比要低10dB。

 

2. PIM 水平的提高相對於測試功率增加而言不是非線性。

 

今天製造的高品質PIM 測試議，其典型底噪值水平在-130 dB.由於IM3 要求的測試水平是工廠測試達到-150dBc (-107dBm)，實地測試達到-140dBc (-97dBm)。典型的信號信噪比達到23 至33 dB.這意味著PIM 信號電平超過10 dB 的最小信號的測量精度所需的信噪比強20 到200 倍，增加測試功率對測量精度沒有好處，反而增加了對測試人員的人身安全風險係數。

 

本文提出的數據表明，隨著測試功率的增加IM3 是線性增加的，這對大多數射頻元件和典型的基站來說是真實的
，類似的結果也被其它研究者分別通過不同的功率和頻率所證明。

 

6: 動態測試的重要性

 

重要的是要強調，所有PIM ceshideyinsudoushizhongyaodeqiebixuzhengtikaolv
，yiquedinggaixitongceshidezhiliang，dandukaolvceshigonglvbingbunengbaozhengxitongwuguzhang，wulunceshishishiyongdegonglvshiduoshao。

 

 

為了解釋動態測試的重要性，使用20W 測試功率，在射頻連接線和係統內部插入金屬片對其進行了測試
，隻進行靜態測試PIM 性能很好，當連接件輕輕一動（即動態測試）PIM 值從圖中清楚的看到躍升了50 dB，從而說明問題的存在。

 

動dong態tai測ce試shi可ke以yi標biao識shi出chu鬆song散san的de金jin屬shu連lian接jie及ji接jie觸chu表biao麵mian的de缺que陷xian而er導dao致zhi的de在zai高gao功gong率lv條tiao件jian產chan生sheng的de幹gan擾rao。如ru果guo沒mei有you動dong態tai測ce試shi
，這zhe些xie問wen題ti可ke能neng就jiu不bu會hui被bei發fa現xian，直zhi到dao風feng吹chui，塔ta振zhen動dong或huo溫wen度du變bian化hua而er導dao致zhi這zhe些xie問wen題ti出chu現xian。

 

 

最近，測試設備製造商新的PIM 測試標準是40W 而不是20W 且qie不bu再zai需xu要yao進jin行xing動dong態tai測ce試shi。如ru果guo這zhe是shi真zhen的de那na肯ken定ding是shi很hen好hao的de，但dan不bu幸xing的de是shi
，這zhe一yi主zhu張zhang是shi錯cuo誤wu的de。單dan獨du依yi靠kao增zeng加jia測ce試shi功gong率lv電dian平ping等deng級ji而er不bu進jin行xing動dong態tai測ce試shi就jiu來lai檢jian測ce係xi統tong問wen題ti是shi不bu行xing的de
，運yun用yong機ji械xie外wai力li即ji動dong態tai測ce試shiPIM 是唯一的出路，以確保該係統是穩定的。要是那樣可行的話，IEC 工作小組就不會花10 年時間來研究RF 元件進行微調PIM 測試要求
，如跳線電纜組件
，射頻連接器，濾波器和天線。在新近發布的IEC 62037PIM 測試規範版本中可以看到。

 

7:概要

 

現行的PIM 測(ce)試(shi)標(biao)準(zhun)是(shi)由(you)尊(zun)敬(jing)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)，科(ke)學(xue)家(jia)和(he)商(shang)業(ye)電(dian)信(xin)市(shi)場(chang)管(guan)理(li)者(zhe)共(gong)同(tong)主(zhu)持(chi)開(kai)發(fa)的(de)
，他(ta)們(men)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)漫(man)長(chang)的(de)分(fen)析(xi)，測(ce)量(liang)和(he)辯(bian)論(lun)的(de)過(guo)程(cheng)來(lai)製(zhi)定(ding)的(de)。由(you)原(yuan)始(shi)設(she)備(bei)製(zhi)造(zao)商(shang)，零(ling)部(bu)件(jian)製(zhi)造(zao)商(shang)，標(biao)準(zhun)組(zu)織(zhi)和(he)唯(wei)一(yi)提(ti)供(gong)PIM 測試解決方案儀器公司Summitek 共同參加製定的。

 

產生的測試標準已在全球使用超過十年以上。零部件製造商
，原始設備製造商和網絡運營商已經建立了約2×20W 的(de)測(ce)試(shi)互(hu)調(tiao)測(ce)量(liang)，同(tong)時(shi)采(cai)用(yong)動(dong)態(tai)刺(ci)激(ji)驗(yan)證(zheng)他(ta)們(men)的(de)質(zhi)量(liang)程(cheng)序(xu)和(he)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)。如(ru)連(lian)接(jie)器(qi)內(nei)的(de)金(jin)屬(shu)薄(bo)片(pian)的(de)例(li)子(zi)所(suo)示(shi)，動(dong)態(tai)刺(ci)激(ji)
，是(shi)為(wei)查(zha)明(ming)隱(yin)性(xing)故(gu)障(zhang)在(zai)靜(jing)態(tai)條(tiao)件(jian)下(xia)不(bu)可(ke)見(jian)的(de)PIM 測試過程的關鍵組成部分。

 

這份文件表明，沒有技術理由來支撐測試功率要用40W（或高或低）來進行PIM 測試
，該規範在1999 年經IEC 首次發布原始的，充分考濾後的建議就再也沒有改變過。

 

 

推薦閱讀：