PIM无源交调

2025-12-02 13:43:15 8

PIM无源交调是指两个或更多的频率在非线性器件中混合在一起产生杂散信号。当两个或多个不同频率信号通过同一无源器件时，其非线性效应会导致交调产物（如三阶信号2F1-F2）生成，若落入接收频段则造成通信干扰。主要成因包括金属连接点接触不良、材料镀层缺陷及机械应力等工艺问题，典型诱因如松动电缆、污染连接器、老化天线等。

该现象按来源可分为设计引入型（如环行器/双工器非线性）、装配型（安装质量缺陷）和锈体型（外部金属物反射）三类。检测技术涵盖线路扫描、时域反射（TDR）、频域反射（FDR）及交调定位（DTP）算法，测试需满足功率电平43-47dBm且系统残余交调低于-160dBc等技术条件。解决方案包括PIM抵消算法、频率规划优化及工艺改进措施，其中数学模型中三阶交调预测误差需控制在5%以内。国际标准IEC 62037规定采用双20W测试音检测器件PIM指标，以确保基站等设备性能合格。

该技术研究始于20世纪卫星通信领域，2005年学界提出IM Microscope方法预测互调产物电平。2024年相关研究突破故障定位技术，基于参考信号的测量方法可将电缆故障定位误差控制在1米内。

发展历史

2023年9月，全球 .支持卫星通话的大众智能手机——华为Mate 60 Pro上市，而为用户提供语音、数据等卫星通信服务的“幕后功臣”正是中国自主研制的天通一号卫星系统。其中，低无源互调（PIM）技术是整个卫星系统最关键的技术之一。

技术简介

在无线通信系统中，随着固定带宽内需要通过的语音和数据信息日益增加，无源互调成为了限制系统容量的一个重要因素。如同在有源器件中一样，两个或更多的频率在非线性器件中混合在一起便产生了杂散信号——无源互调。当杂散互调信号落在基站的接收频带内，接收机的灵敏度就会降低，从而导致通话质量或系统载波干扰比（C/I）的降低，和通信系统的容量减少。

无源互调由许多因素引发，其中包括：机械接触不良、射频通道中包含的磁性导体和射频传导面的污染等等。虽然精确预计器件的无源互调电平比较困难，但是我们可以用测量的数据来表征器件。因为无源互调的性能会随着结构上的微小改变而变化，因此制造商应该对应用在基站中的射频器件进行100%的检查，以确保器件的无源互调始终维持在合格范围。

产生特点

PIM的产生是固有的，不随频率选择而变化； PIM的产生不遵守二次方程定律，精确计算不可能。

PIM现象产生的潜在因素：a. 铁磁材料（diff）例如：钢铁镍钼等。. b. 腐蚀过的材料会产生相当高的电平 c. 同轴连接器连接的紧固状态 d. 微小裂缝、微小碎屑、金属结构种的砂眼e. 金属连接处有脏东西、因涂覆形成的“电容现象” 金属绝缘物金属连接物的存在，引起非线性。f. 温度、热胀冷缩改变机械加载影响PIMg. 同轴电缆屏蔽层（编组物）材料及填充因子会产生一定的电平等，铝和不锈钢编织物或镀镍铜产生相当高的电平。

无源互调通俗的讲是一种电磁干扰，它是指由无源部件的固有非线性导致的产物，基本的PIM现象是由电流流过非线性部件产生的，例如：滤波器、同轴电缆及连接器、金属连接面、天线馈源及天线等无源部件由于多种原因可能产生固有的非线性。引起无源部件非线性的微观原理非常复杂，它不仅与材料性质、结构形式由关，还于通道加载及系统装配的工艺质量相关。

无源互调 (PIM) 的定义

无源互调 (PIM) 有两种定义方式，分别是以 dBm 为单位的表示PIM信号功率大小的值和以 dBc 为单位的表示 PIM信号功率和载波信号功率之间的差的值。

dBm、dBc、db的区别是什么？
答：dB也是功率增益的单位，表示一个相对值。当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时，可按公式10 lg A/B计算。 dBm是一个表示功率 .值的单位，计算公式为：10lg功率值/1mW。 dBc也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc相对于载波(Carrier)功率而言。在许多情况下，用来度量载波功率的相对值，如度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的相对量值。无源互调有 .值和相对值两种表达方式。 .值表达方式是指以dBm为单位的无源互调的 .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，用dBc来表示。例如，由两个+43dBm 信号产生的一个-107dBm 的互调信号，也可以表示为-150dBc@2*43dBm。

如果两个载波信号的功率为 20 W 或 + 43 dBm，而被测器件能产生 -110 dBm ( .值) 的 PIM信号的话，那么其相对于载波信号的最大差值就是-153 dBc。当两个基波信号的功率为+43 dBm 时，通常业内能够接受的无源器件的 PIM 指标会在-100 ~ -120 dBm 之间，这是一个很小的值。

下图是一个无线通信系统前端设备的典型结构图。虽然通过滤波可以把信号发射路径中由功放产生的干扰信号去掉，但是射频信号路径中由无源器件 (天线、电缆或连接器) 引起的PIM干扰信号是无法滤掉的。信号发射(Tx) 通道中的 PIM干扰信号会进入信号接收(Rx) 通道，这会增加接收通道中的噪声功率从而降低无线通信的质量。因此要想保证整个无线通信系统的质量，就必须使用 PIM指标很低的无源器件，以满足通信系统的总体技术要求。

无源互调PIM干扰源

PIM无源互调可以发生在任何两种不同金属的连接点或接口处，例如连接器和电缆组件的连接处，天线和天线馈源的连接处。接触不良的连接器，内部生锈或氧化的连接器也可能会导致PIM。PCB材料也可能是PIM的来源，它可能来自于材料本身，也可能来自馈电点。PIM多是由不一致的金属接触点在传输高强度电流时造成的，如传输线，射频元件或外部系统中的主波束天线覆盖区域。

常见无源互调PIM干扰源如下：

被污染或射频表面氧化
射频连接头扭曲
射频元件受到冲击和振动导致内部螺丝或铆钉松动
射频连接器内部的金属薄片或元件碎屑
因不当工具或不正确的组装程序造成射频终端损坏
基站天线对着金属板片或生锈的通风管

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