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1、几种典型微波器件的无源互调几种典型微波器件的无源互调 测试和分析测试和分析 叶鸣，贺永宁叶鸣，贺永宁 西安交通大学电信学院微电子学系 yeming_ 2015年06月 中国移动通信无源互调研讨会 2015年6月 西安 目录 1.1.引言引言 2.2.几种典型微波器件的几种典型微波器件的PIMPIM测试与分析测试与分析 1.1.2.1 S2.1 S波段波导同轴转接器波段波导同轴转接器 2.2.2.2 2.2 微带线微带线 3.3.2.3 N2.3 N型同轴连接器的串联型同轴连接器的串联 4.4.2.4 2.4 金属接触紧固度对金属接触紧固度对PIMPIM的影响的影响 5.5.2.5 2.5 载波
2、功率对载波功率对PIMPIM的影响的影响 6.6.2.6 PIM2.6 PIM的相位测量的相位测量 3.3.结语结语 2 引言：引言：无源互调（无源互调（PIM）的定义）的定义 具有非线性非线性特性的电路、器件等，在 多信号（2个及以上）激励下，产生与激 励信号频率不同的新信号新信号的现象称为互 调现象。 依据产生互调的器件是有源器件还是 无源器件，可将互调细分为有源互调有源互调 （放大器）和无源互调无源互调（微带、同轴、 波导等）。 3 引言：引言：无源互调的研究现状无源互调的研究现状 PIM产生的非线性机理仍然缺乏清楚的理解 材料非线性：PCB的金属、介质 接触非线性：PCB金属-介质界面
3、、焊接 PIM测试系统的复杂性及高成本 常规测试：高灵敏度、多频段 环境测试：温度循环 已经引起国内产业界的广泛关注 产业界：更关注测试和低PIM电路实现 学术界：更关注产生机理及理论预测 二者结合：理论vs.实践 4 目录 1.1.引言引言 2.2.几种典型微波器件的几种典型微波器件的PIMPIM测试与分析测试与分析 1.1.2.1 2.1 S S波段波导同轴转接器波段波导同轴转接器 2.2.2.2 2.2 微带线微带线 3.3.2.3 N2.3 N型同轴连接器的串联型同轴连接器的串联 4.4.2.4 2.4 金属接触紧固度对金属接触紧固度对PIMPIM的影响的影响 5.5.2.5 2.5
4、载波功率对载波功率对PIMPIM的影响的影响 6.6.2.6 PIM2.6 PIM的相位测量的相位测量 3.3.结语结语 5 S波段波导同轴转换器波段波导同轴转换器 研究动机 为实验研究波导法兰 接触面PIM提供条件 （商用化PIM测试系 统一般是同轴接口） 为接触非线性PIM机 理研究提供实验支撑 6 要求PIM电平比DUT 至少低10dB 待测法兰面 S波段波导同轴转换器波段波导同轴转换器 研究方法 对常规波同转换的 PIM特性进行分析 对常规波同转换进 行改良以减小PIM 设计并实现低PIM 波同转换 7 60dB 原始转换器 低PIM转换器 S波段波导同轴转换器波段波导同轴转换器 采取
5、的改良措施 同轴连接器的外导体由镀镍改为镀三元合金 同轴探针与调谐柱的连接由螺接改为一体化加工 同轴连接器的外导体与波导的连接由螺接改为法 兰连接 同轴连接器内导体由镀金改为镀银 8 叶鸣叶鸣，吴驰，贺永宁，张鹤，陶长英，邹小芳. S波段波导同轴转换器的无 源互调特性实验研究. 电波科学学报，2015,30(1):183-187. 目录 1.1.引言引言 2.2.几种典型微波器件的几种典型微波器件的PIMPIM测试与分析测试与分析 1.1.2.1 S2.1 S波段波导同轴转接器波段波导同轴转接器 2.2.2.2 2.2 微带线微带线 3.3.2.3 N2.3 N型同轴连接器的串联型同轴连接器的
6、串联 4.4.2.4 2.4 金属接触紧固度对金属接触紧固度对PIMPIM的影响的影响 5.5.2.5 2.5 载波功率对载波功率对PIMPIM的影响的影响 6.6.2.6 PIM2.6 PIM的相位测量的相位测量 3.3.结语结语 9 微带线微带线PIM研究：研究：理论理论 电阻的温度效应 () 0 1 in PRin PT=+ ()() () , , I x tU x t CGU x t xt = + ()() ( ) () , , U x tI x t LR I I x t xt = + 微带线几何物理模型 非线性传输线方程： ( ) ( ) () 2 2, 1,1 2 2 02, 1
7、2 V Ux PxR Z = 无源互调： 2R000 RZ A Tf = 10 金属、介质材料特性，粗糙度 微带线微带线PIM研究研究：理论理论 基于电热耦合效应的微带线无源互调机理研究基于电热耦合效应的微带线无源互调机理研究 叶鸣，贺永宁 等；基于电热耦合效应的微带线无源互调 机理研究，电波科学学报，2013,28(2):1-6. 不同金属不同金属 基于电热耦合理论的基于电热耦合理论的 分析表明：金属电阻率温分析表明：金属电阻率温 度系数的减小，有利于改度系数的减小，有利于改 善善PIMPIM性能。性能。 11 金属、介质材料特性，粗糙度 微带线微带线PIM研究研究：理论理论 基于电热耦合效
8、应的微带线无源互调机理研究基于电热耦合效应的微带线无源互调机理研究 叶鸣，贺永宁 等；基于电热耦合效应的微带线无源互调 机理研究，电波科学学报，2013,28(2):1-6. 不同介质不同介质 基于电热耦合理论的分基于电热耦合理论的分 析表明：介质热导率的提析表明：介质热导率的提 高，有利于改善高，有利于改善PIMPIM性能。性能。 12 金属、介质材料特性，粗糙度 微带线微带线PIM研究研究：理论理论 基于电热耦合效应的微带线无源互调机理研究基于电热耦合效应的微带线无源互调机理研究 叶鸣，贺永宁 等；基于电热耦合效应的微带线无源互调 机理研究，电波科学学报，2013,28(2):1-6. 粗
9、糙度 基于电热耦合理论基于电热耦合理论 的分析表明：金属表面的分析表明：金属表面 粗糙度的减小，有利于粗糙度的减小，有利于 改善改善PIMPIM性能。性能。 13 微带线微带线PIM研究：研究：实验实验 叶鸣、肖怡，等.微带传输线的无源互调效应实验研 究.电波科学学报，2014,29(3):471-475. 介质板 # 介质材料 介电常数 金属层厚度 /mm 板厚度 /mm 热导率/ （Wm-1-1） 1 TP-2 16.0 0.018 4.0 0.58 2 F4BM-2 3.5 0.036 1.5 0.93 3 F4BM-2 2.2 0.036 1.0 0.93 介质板# line-1 li
10、ne-2 line-3 1 138.5 170.0 218.5 2 300.0 378.5 578.5 3 300.0 578.5 - 覆铜板参数 微带线长度 微带线实物 14 微带线微带线PIM研究：研究：实验实验 微带线长度越长、 馈入载频信号功率越 大，PIM电平越高； 载频频率也呈现出一 定影响，但规律不明 显。 1#板 叶鸣、肖怡，等.微带传输线的无源互调效应实验研 究.电波科学学报，2014,29(3):471-475. 15 微带线微带线PIM研究：研究：实验实验 2#板 叶鸣、肖怡，等.微带传输线的无源互调效应实验研 究.电波科学学报，2014,29(3):471-475. 微
11、带线长度越长、 馈入载频信号功率越 大，PIM电平越高； 900MHz时的PIM高于 1800MHz。 16 微带线微带线PIM研究：研究：实验实验 3#板 叶鸣、肖怡，等.微带传输线的无源互调效应实验研 究.电波科学学报，2014,29(3):471-475. 微带线长度越长、 馈入载频信号功率越 大，PIM电平越高； 900MHz时的PIM高于 1800MHz。 TP-2的PIM明显劣 于F4BM-2。 电热耦合理论无 法解释PIM对频段的 依赖性（介质非线性? 界面？）。 17 微带线微带线PIM研究：研究：展望展望 介质的介电常数随着场强发生变化： 3 0103 DEE=+ ()()
12、1122 sinsinEEtEt=+ 2 0312 3 4 PIM DE E= 双载频激励信号： PIM信号的产生： 介质非线性： 接触非线性： “金属-介质”界面 讨论：可以分别研究介 质、金属特性对PIM的影响， 包括：金属材料、厚度、 表面粗糙度；介质材料、 添加剂、厚度。 18 目录 1.1.引言引言 2.2.几种典型微波器件的几种典型微波器件的PIMPIM测试与分析测试与分析 1.1.2.1 S2.1 S波段波导同轴转接器波段波导同轴转接器 2.2.2.2 2.2 微带线微带线 3.3.2.3 2.3 N N型同轴连接器的串联型同轴连接器的串联 4.4.2.4 2.4 金属接触紧固度
13、对金属接触紧固度对PIMPIM的影响的影响 5.5.2.5 2.5 载波功率对载波功率对PIMPIM的影响的影响 6.6.2.6 PIM2.6 PIM的相位测量的相位测量 3.3.结语结语 19 N型同轴连接器的串联型同轴连接器的串联 20 研究动机 验证PIM的点源模型 探索相位相消在PIM抑制中的应用 理论分析 () 1 exp2 N IMnn n VVjl = = ()() 2 2 1 1 exp21 1 a a j N l N IMaaa jl n e VVjnlV e = = 存在多个非线性点源时： 非线性点源等幅、等间距分布 02468101214161820 -0.4 -0.2
14、0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 点源个数 互调幅度 分析表明：PIM幅度 随点源个数增加呈现 正弦式变化。 N型同轴连接器的串联型同轴连接器的串联 21 实验验证（900MHz） 将普通N型同轴转接器串联（表面镀镍） 观察串联个数对反射PIM的影响 012345678910 11 -165 -160 -155 -150 -145 -140 -135 -130 -125 -120 Reflected PIM (dBc) Number of N type connectors predicted measured 22 22 20log 11 20log20log 11 a
15、a aa IM dBc c j N lj N l a jljl c V PIM V Vee A Vee = = 目录 1.1.引言引言 2.2.几种典型微波器件的几种典型微波器件的PIMPIM测试与分析测试与分析 1.1.2.1 S2.1 S波段波导同轴转接器波段波导同轴转接器 2.2.2.2 2.2 微带线微带线 3.3.2.3 N2.3 N型同轴连接器的串联型同轴连接器的串联 4.4.2.4 2.4 金属接触紧固度对金属接触紧固度对PIMPIM的影响的影响 5.5.2.5 2.5 载波功率对载波功率对PIMPIM的影响的影响 6.6.2.6 PIM2.6 PIM的相位测量的相位测量 3.3
16、.结语结语 22 金属接触紧固度对金属接触紧固度对PIM的影响的影响 23 研究动机 为研究接触非线性提供实验支撑 为工程应用中力矩要求提供参考 理论分析 3 2 C j ZC F= 结阻抗与接触力间的关系 3 322 31,1,21 124 C PIMjj VCV VC I I C F= 结阻抗与接触力间的关系 相对互调电平： 3 3 3 3 3,6 1 2 1 3 612 71,2,8 101,2,11 20log20log 20log20log20log20log log log C PIM IMdBc C dBmdBm dBmdBm V PC I I F V CIIF CPPCF CPPC = =+
