用于BTS通信基站天线无源互调电平(PIM)精准测量的检测暗室

PIM 介绍: 无源互调（Passive Inter-Modulation, PIM）是由天线发 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，由于其大功率特性，使传统的无源线性器件产生较强的非线性效应，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（三阶互调产物, 五阶互调产物, 七阶互调产物…）,如果这些互调产物落在发射或接收波段区间，并且这些互调产物的功率超过系统中有用信号的最小幅度, 就会影响正常的通信。所有无源器件由于非线性特性都会产生互调失真，其产生的原因很多，如机械接触的不可靠、虚焊和表面氧化等。

 

在GSM900 通信系统与3G 通信系统中，随着发射功率的增加，由发射频段产生的三阶互调产物会落入到他们各自的接收频段。通过以下数学计算可以来验证这个现象
1- 2G GSM 上行/下行[890,915]/[935,960] fPIM3=[910,985] fPIM5=[885,1010] fPIM7=[860,1035]
2- 3G WCDMA / CDMA2000 / TD-SCDMA 上行/下行[1920,2060]/[2110,2170]
fPIM3=[2050,2230] fPIM5=[1990,2290] fPIM7=[1930,2350]

从上述计算结果可知，GSM900 与3G 通信系统中，fPIM3/ fPIM5/ fPIM7 均落入到上行的接收频段。如果在发射频段产生一个-110dBm 的无源互调信号，也就是干扰信号，这可能会给系统带来影响，因为这个数值已经大于系统中有用信号的最小幅度。

 

因此当输入功率较小时，由于器件的非线性程度较弱，可以忽略其非线性而近似为线性器件。但 当输入功率很大时，与接收信号相比，非线性因素所造成的影响比较大，就不能被忽略了。随着移动 通信网络的发展，运营商面临数据业务增长过快带来了各种挑战，这些挑战催生了有源基站天线的大量运用，促使了移动通信系统向更低能耗、更高功率、更宽频带和更高的接收机灵敏度的趋势发展， 无源互调对移动通信的影响已经成为不可回避的重要问题。

有源基站天线参考图片

 

天线无源互调电平测量系统与测量方法

天线PIM 测量系统应具有以下特点：
(1) 大功率信号源：PIM 的测量是大功率测量问题，一般需要以高于工作功率电平2～4 倍的功率进行测量，微波功率高达上百瓦甚至几千瓦。

(2) 高灵敏度接收机由于PIM 的功率电平一般都非常低，对测量系统的灵敏度要求很高。

(3) 低PIM 组件：PIM 测试系统的组成部件本身必须是高性能、低PIM 的。专用的合成器、定向耦合器、滤波器等产生的PIM 电平必须控制在被测件PIM 电平的-6dB 以下，连匹配负载都要采用不产生PIM 的特殊负载，以保证整个测试系统能够正常工作。

(4) PIMP（Passive Inter Modulation Product，无源互调产物）与环境温度有关，并随着时间发生变化，因此需要进行长时间的温度循环试验。

(5) 此外，PIM 测量系统与频率和带宽的相关性很强，测量系统难以通用，一般需要根据测试目的进行专门的制作。同时，不仅要测量无源部件的PIM 产物，还要能够对天线和整星进行测量。因此，如何设计一个低PIM 的测量系统是进行PIM 测量首先必须解决的问题。

 

天线接收（反射）PIM 测试布置如下图所示

 

PIM 测试的准确性会受到测试系统外部或内部很多因素的影响。影响天线产品的PIM 测试结果的因素包括以下几个方面：
a）暴露在AUT 辐射场中的导电材料；
b）AUT 的安装附件出现松动、损坏或腐蚀；
c）暴露在来自AUT 辐射的射频场中的松动或腐蚀的附件；
d）测试系统外部的无线电射频信号；
e）性能很差的同轴接口电缆；
f）接口连接处存在肮脏、污染、磨损；
g）接口连接不当；
h）射频接口连接屏蔽不善；
i）来自于测试设备的未经过滤的有源互调。

如果条件允许，天线PIM 电平测量可在室外完成。在进行这种测试时，必须满足政府规章中允许的射频辐射电平要求，另外，来自于AUT 的射频能量辐射，可能在周围物体上产生PIM，并反射到天线中，导致天线PIM 测试结果存在误差，同时来自于外部的射频辐射也可能会干扰测试质量，因此为准确测量天线PIM 电平，测试应当在一个低PIM 测试环境的电波暗室(也称为无源互调检测暗室,互调检测暗室,无源互调暗室,PIM 暗室或PIM test Chamber)里进行，这样可减少或消除很多影响因素。

 

天线无源互调接收（反射）电平暗室测量数学模型

其中σ 代表连接件的PIM 电平与输入信号的比值(dBc)ω3 代表PIM3 的频率(MHz)
从上述模型中可知，为准确测量天线PIM 电平，暗室建造的关键是吸波海绵的选择以及暗室壳体的材料和施工方法，以期降低数学模型中的第一项。

 

深圳常宁电子作为天线测试系统供应商与微波暗室设计制造商, 在近一年的时间内, 成功完成一支持大口径金属网状展开天线的高阶(13rd 阶)互调电平精准测量的大型暗室工程, 以及为数不少的支持无源基站天线与天线+RRU 的有源基站天线3rd, 5th 互调电平精准测量的小型暗室工程 (如Commscope, Andrew etc.公司), 成为基站通信天线, 微波通信天线等天线无源互调PIM 电平精准测量暗室工程制造行业之佼佼者。

 

用于BTS 天线无源互调电平(PIM)精准测量的暗室主要技术指标Changning antenna PIM Test Chamber Technical Specifications
异性外观，幕墙色彩工业设计
满足无源基站天线与有源基站天线PIM3电平测量所需的环境
暗室工作频率范围: 400MHz –18GHz
暗室屏蔽效能>100dB @ 400MHz –18GHz
暗室残留PIM电平< -165dBc PIM3@2x43.5dBm (测试频段700MHz~6GHz)
优质国产700MM+500MM吸波海绵，高阻燃性能，连续照射承受功率容量1kw/m²
全手工打造木制天线测试架与测试平台