无源互调测量及解决方案

1 概述

无源器件会产生非线性互调失真吗？答案是肯定的！尽管还没有系统的理论分析，但是在工程中已经发现在一定条件下无源器件存在互调失真，并且会对通信系统（尤其是蜂窝系统）产生严重干扰。

无源互调（PassiveInter-Modulation，PIM）是由发射系统中各种无源器件的非线性特性引起的。在大功率、多信道系统中，这些无源器件的非线性会产生相对于工作频率的更高次谐波，这些谐波与工作频率混合会产生一组新的频率，其最终结果就是在空中产生一组无用的频谱从而影响正常的通信。

所有的无源器件都会产生互调失真。无源互调产生的原因很多，如机械接触的不可靠、虚焊和表面氧化等。

5年前，大部分射频工程师很少提及无源器件互调问题。但是，随着移动通信系统新频率的不断规划、更大功率发射机的应用和接收机灵敏度的不断提高，无源互调产生的系统干扰日益严重，因此越来越被运营商、系统制造商和器件制造商所关注。

长期以来，无源器件的互调失真测量技术一直被国外公司所掌握，并垄断了测量产品市场。今天这种局面发生了变化，无源互调测量技术难关已经被中国本土的射频工程师们攻克，而且低成本的商用无源互调测量系统也已诞生。

2 无源互调的表达方式

无源互调有绝对值和相对值两种表达方式。绝对值表达方式是指以dBm为单位的无源互调的绝对值大小；相对值表达方式是指无源互调值与其中一个载频的比值（这是因为无源器件的互调失真与载频功率的大小有关），用dBc来表示。

典型的无源互调指标是在两个43dBm的载频功率同时作用到被测器件DUT时，DUT产生-110dBm（绝对值）的无源互调失真，其相对值为-153dBc。

3 无源互调测量方法

由于无源互调值非常小，因此无源互调的测量非常困难。到目前为止，无源互调的测量项目和测量方法尚无相应的国际标准，通常都是采用IEC推荐的测量方法。IEC推荐的正向和反射互调产物的测量方法分别如图1和2所示。

图1 正向互调测量示意

图2　反射互调测量示意

图1表示一个两端口或多端口器件在两个大功率信号的同时作用下所产生的互调产物。绝大部分的无源器件，如双工器、滤波器、定向耦合器等都可以采用这种方法测量。图2表示一个单端口器件在两个大功率信号的同时作用下所产生的反射互调产物。天线和负载可以采用这种方法测量。

4 无源互调测量面临的新挑战

随着通信技术的不断发展，新的系统干扰问题不断出现，给测量工作者带来了新的挑战。

（1）反向互调测量

在一些功率合成系统或者多载频的共用系统中，当两个大功率信号同时作用于一个两端口器件的输入和输出端时，在输出端口将会产生很大的互调产物。在多系统合路平台（POI）系统中情况更为复杂。各种不同频段的载频同时进入系统，除了本频段的互调干扰外，还会产生跨频段的互调干扰。因此，需要进行图3所示的无源器件反向互调测量。

图3 无源器件的反向互调测量

（2）测量范围

典型的无源器件，如定向耦合器、功率分配器、双工器、连接器和电缆组件等，其互调产物通常在-120～-100dBm，也就是相对于43dBm测量条件下的-163～-143dBc；而某些器件的互调产物更大，如铁氧体器件的互调产物可达-60dBc甚至更大。对于前一类器件，不要求测量系统的测量范围太大。目前同类产品的互调测量上限是-65dBm，也就是43 dBm条件下的-108 dBc。对于后一类器件，可以采用通用的频谱分析仪测量。频谱分析仪是一种通用的射频分析仪器，也称为"射频万用表"。既然获此美誉，频谱分析仪的动态范围必定足够大。即使是低端频谱分析仪，测量范围也可以达到-150～30 dBm。

（3）测量精度

对于无源互调测量系统的测量精度，虽然目前还没有相应的国际标准，但是无源互调的测量精度依然是有章可循的。与测量精度有关的因素有功率校准和系统的剩余互调。
l功率校准

功率校准对于测量精度有很大关系。从理论上说，载频增加1dB，互调产物增加3dB。在IEC推荐的测量方法中，建议加载到DUT的测量功率是每载频43dBm，这个值已经成为行业的标准测量功率。随着通信系统功率的不断增加，参照功率标准并非一成不变，可能会出现更高的参照功率标准。

要准确校准测量端的功率，频谱分析仪不是最合适的选择，因为频谱分析仪的幅度测量精度通常为±1dB，加上衰减器的影响，总的功率误差可能超过±1dB。大功率测量的最佳手段莫过于通过式功率计，这种功率计采用高方向性的定向耦合器，可以提供大功率在线测量。

l系统的剩余互调

测量系统自身的剩余互调值是系统的最主要指标之一。系统剩余互调和DUT互调之间的差值决定了测量结果的精度。在