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1、信息产业部信息传输线质量监督检验中心射频电缆组件三阶互调性能影响因素分析叶菁蓁，殷海成0. 引言在综合的基站内， 大功率放大器和接收机滤波器之间的任何无源器件都会产生一定的无源互调电平。基站天线塔的安装环境也会产生无源互调（PIM） ，例如天线附近有金属物体的直接反射波束传送到天线。 随着电子通信及网络的高速发展， 邻频信号以及双向信道传输的应用已越来越广泛。 由于电缆组件自身的非线性效应所产生的寄生信号会影响到上述两种通信系统的传输，因此电缆组件的三阶互调性能正受到越来越多的关注。1. 三阶互调的原理在一个线性时不变系统中， 若输入一个具有单一频率的信号， 输出的也必定是一个同频信号。但在非
2、线性系统中，信号会产生谐波。这就意味着每输入一个单一频率信号 f1（即基频信号） ，将输出一个含有一系列频率为输入信号 f1整数倍的分量（k1f1） 。若输入两个或者两个以上频率混合起来的信号时，输出端将产生除了包含输入信号频率 f1，f2，f3fn以外，k1f1+k2f2+k3f3+knfn的互调产物（其中 k 为整数） 。对于一个给定的互调产物，它的阶数 L 应等于所有基频之前系数的绝对值之和，即：L=|k1| +|k2|+|k3|+|kn|考虑到产生的互调阶数越高， 信号强度就越弱。 所以我们更关心阶数为 3 的无源互调产www.itl- 信息产业部信息传输线质量监督检验中心物。而对于阶
3、数为 3 的互调，有L=N1n|kn|=3 （其中 k 为整数）因为频率不可能为负值，因此当 L 取到 3 的时候，k 只可能是 1 和 2 的组合。所以，三阶互调产物的频率也只有以下四种组合形式：2f1f2，2f2f1综上可知，三阶互调是指当两个信号在一个线性系统中，由于非线性因素的存在，使得一个信号的二次谐波与另一个基频信号产生差拍（混频）后所产生的寄生信号。比如在移动通信 GSM 网络的上行（890MHz915MHz）和下行（935MHz960MHz）频段中，若给定两个输入信号 f1=930MHz，f2=945MHz，此时考察其三阶互调，可以发现，当出现 2f1+f2，2f2+f1这两种
4、组合时，它们的幅值要远大于原始输入频率 f1和 f2，故此两种组合往往不会干扰到系统的通信；当出现 2f1-f2，2f2-f1这两种组合，2f1-f2=915MHz，它就落在了基站的上行频段中。而 2f2-f1=960MHz，这又落在了基站的下行频段中。这就对通信系统的基带信号 f1，f2的传输通信形成了严重干扰。2. 射频电缆组件三阶互调性能影响因素的分析2.1 电缆组件的设计定型阶段简易的点接触连接器结构容易产生连接松动。 为了保证电缆组件三阶互调性能的可靠稳定，设计连接器时应考虑增加内外导体的配接面积，使得其与电缆接触更加牢固与可靠。 目前有些单位使用的连接器特意采用了加长型外导体卡环结
5、构以确保组件接头部位在弯曲变形时的三阶互调性能。 在对此类电缆和连接器的连接部位进行疲劳弯曲试验后， 三阶互调结果无明显变化。另外，在连接器和电缆的连接部位可用塑胶注塑加以固定。www.itl- 信息产业部信息传输线质量监督检验中心2.2 电缆组件的材料选择电缆组件的连接器使用磁导率较小 （1.15） 的金属材质对提高电缆组件的三阶互调性能有一定帮助。应避免采用铁镍材质，一般应用黄铜、铝合金材质，当有特殊要求时， 表面可镀银或镀三元合金。电缆组件中的电缆部分内外导体均应采用导电性能良好的金属材质， 镀银的内外导体对提高三阶互调性能有一定帮助。 不过镀银材质容易氧化， 需注意其氧化导致的三阶互调
6、性能急剧下降。 我们曾对内导体氧化的电缆组件进行了对比测试试验， 结果显示内导体氧化的组件三阶互调性能要下降 20dBc 左右，极端情况下会下降 30dBc 以上。2.3 电缆组件的加工工艺目前国内镀金工艺还不完善， 黄铜材料镀金过程中需先镀镍， 由于铁镍材质的掺入会影响电缆组件的三阶互调性能， 因此连接器的内外导体电镀工艺应采用成熟的镀银和三元合金工艺。 另外连接器加工过程中尺寸控制需引起注意。 一方面要保证内接触件的插合强度应足够大，另一方面外接触螺纹尺寸要精确，以缩小拧接间隙从而保证连接的可靠性。通过对RF 电缆组件进行大量测试，我们发现，连接器加工时尺寸控制非常重要，它与测试仪器的端口
7、或转接器的匹配程度有可能是影响三阶互调测试结果的主要因素之一。对比试验中， 我们曾用同批次的电缆分别装配上二家生产商生产的 DIN 型连接器， 外导体螺纹连接相对紧密的那家三阶互调测试结果为 160dBc，而另一家只有 140dBc。编织型外导体结构的电缆相对于铜管或铝管整体式结构外导体电缆的三阶互调性能的稳定性要差。编织结构的外导体由于非一体式结构，在编织加工过程中应紧凑严密，松紧有度， 以避免在弯曲拉伸后发生形变， 进而在连接器连接端口处产生畸变造成三阶互调不规则变化。下面表 1 几组数据是对外导体结构不同的电缆组件的测试比较：组件中电缆结构测试条件使用连接器测试结果（dBc）400 型编
8、织外导体电缆2000MHz，20WN 型115145www.itl- 信息产业部信息传输线质量监督检验中心组件1/2”RF 铜管外导体电 缆组件N 型160165SFX-50-2 镀锡编织半软 电缆组件N 型145155表 12.4 电缆组件的装配工艺组件装配连接器过程中应注意清理杂质污垢，如残留的焊剂或材料加工的颗粒等。内导体应采用高频焊接工艺，焊锡层应干净均匀，特别是多芯绞合内导体。外导体夹紧卡环装配时接触面应平整服顺以避免点接触，不能有褶皱重叠和受力变形。经大量测试结果分析，下面表 2 反映连接器装配造成的影响的数据：组件中电缆结构测试条件装配情况测试结果 （dBc）1/2”RF 电缆组
9、件900MHz，20W良好160165装配时有杂质污垢140150内外导体装配不紧密 （弯曲前）150160内外导体装配不紧密 （弯曲后）130145表 2www.itl- 信息产业部信息传输线质量监督检验中心图 1.400 型电缆组件受力弯曲前后三阶互调变化波形2.5 测试中的影响因素1）由于功率老化，测试仪器的端口、转接器容易产生氧化，故应用脱脂棉花蘸取酒精先将其擦拭干净。粘染氧化杂质的测试仪器端口经过擦拭后三阶互调结果能提高 1020dBc。2）目前国内使用的三阶互调测试仪信号输出端口一般都是尺寸较大的 DIN 型端口，生产厂家如此设计也正是考虑到增加内外导体接触面以提高测试精度。 测试
10、中应根据不同型号的组件连接器选用最直接简单的转接器， 尽量避免多余的转换装置介入， 也就是说中间转换环节越少越好。下面表 3 二组对比测试数据可供参考：样品测试条件使用转接器测试结果（dBc）SFT-50-2 电缆配接 N 型连接器 900MHz，20WDIN 型转 N 型140SFT-50-2 电 缆 配 接 SMA 型连接器DIN 型转 N 型、N 型转 SMA 型1201/2”RF电缆配接N型 连接器900MHz，20WDIN 型转 N 型1501/2”RF 电缆配接 DIN 型连接器无165www.itl- 信息产业部信息传输线质量监督检验中心表 3由此可见，转接器与组件连接器和仪器输
11、出端口间相互匹配性会直接影响三阶互调性能。3) 电缆组件连接器在拧接测试仪器端口、负载时应注意螺纹对准，然后用专用的力矩扳手固定。使用非专用力矩扳手固定时，容易使被测件受力受压而变形，特别是连接器和电缆的接点部位。编织型外导体如果受力变形，数据特别容易波动。极端情况下有 30dBm 的波动。4）在测试端口接低互调电平的负载时，测试仪器会测量出残余互调电平。残余互调电平是分析仪系统内部的传输电缆线、连接器、滤波器和双工器等产生的。一般三阶残余互调电平会大于接收机的噪声电平。 而在实际测量中， 当被测电缆组件的实际互调电平接近测试仪器的残余互调电平时，由于两者的矢量合成，这时互调电平的测量不确定度
12、就会变大。 因此需用高质量的耦合器、滤波器和精密的架构，来降低测试系统的残余互调电平。3 结束语综上所述，射频电缆组件的三阶互调性能受材料、工艺、装配等多方面的因素影响。在GSM ,DCS, PCS 以及其他无线系统中，三阶互调性能的好坏正受到工程技术人员越来越多的关注。本文对射频电缆组件三阶互调影响因素进行了综合分析，对温度、功耗等未涉及的方面有待进一步讨论和研究。www.itl- 信息产业部信息传输线质量监督检验中心参考文献1 N.Kuga, K.Ohnishi, “Non- contact PIM measurement method for electrical connectioninspection”,Proc.of2007Asia- PacificMicrowaveConference,vol.1, pp.295- 298,Dec.20072吴欣欣.同轴电缆中三阶互调的产生及其测量J.有线电视技术,2009(8)：25- 28www.itl-
