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有些讀者私信我，對(duì)PIM相關(guān)知識(shí)比較感興趣，今天我就在文章里再具體講一下PIM對(duì)基站的影響。當(dāng)然沒看過以前文章的讀者，也不影響對(duì)本篇文章的理解，因?yàn)樵谖恼吕镂乙廊粫?huì)對(duì)PIM相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)做出解釋。
PIM（無源互調(diào)）應(yīng)是每位工程師、技術(shù)人員和現(xiàn)場安裝人員高度重視的問題。為什么呢？因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)典型通信站點(diǎn)的質(zhì)量和性能造成極大的不良影響。良好的站點(diǎn)設(shè)計(jì)、良好的安裝實(shí)踐和良好的站點(diǎn)維護(hù)可以防止PIM成為一個(gè)影響所有人的重大問題。
在本文中，我們將探討與PIM相關(guān)的幾個(gè)主題，包括PIM的基本定義、對(duì)系統(tǒng)的影響、測量技術(shù)、實(shí)際產(chǎn)生原因以及緩解方法。
1、PIM的基礎(chǔ)知識(shí)
首先，我們需要理解什么是PIM。PIM是指在一個(gè)系統(tǒng)的非線性結(jié)點(diǎn)中，兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)發(fā)生非期望的混合，從而產(chǎn)生額外的、不希望的諧波信號(hào)。這些信號(hào)可能出現(xiàn)在您自己的接收頻段內(nèi)，或者出現(xiàn)在同一站點(diǎn)上另一個(gè)運(yùn)營商的接收頻段內(nèi)。
幸運(yùn)的是，如果您知道兩個(gè)主要信號(hào)F1和F2的頻率，那么這些諧波信號(hào)的頻率就可以通過數(shù)學(xué)方法來確定。
信號(hào)的混合遵循以下預(yù)定順序：
1f1 ± 2f2 or 2f1 ± 1f2 = 3階產(chǎn)物
2f1 ± 3f2 or 3f1 ± 2f2 = 5階產(chǎn)物
3f1 ± 4f2 or 4f1 ± 3f2 = 7階產(chǎn)物
從上面的公式可以看出，階數(shù)等于f1的倍數(shù)加上f2的倍數(shù)，因此如所示，2f1 ± 3f2 表示的是五階（5th order）[如圖1所示]。
不同互調(diào)產(chǎn)物之間的間隔始終與兩個(gè)主要信號(hào)之間的間隔相同（f1到f2的間隔等于f1到2f1-f2的間隔），并且隨著信號(hào)階數(shù)的增加，幅度會(huì)減小。產(chǎn)物信號(hào)的幅度取決于輸入信號(hào)的幅度；輸入信號(hào)越高，產(chǎn)物（PIM）信號(hào)也越高。
圖1 雙音信號(hào)及交調(diào)產(chǎn)物示意圖
2、PIM對(duì)基站的影響
現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了PIM是什么，接下來需要更進(jìn)一步，了解它如何影響系統(tǒng)。在單信道無線電系統(tǒng)的時(shí)代，PIM不會(huì)成為問題，因?yàn)樾枰鄠€(gè)信號(hào)才能產(chǎn)生PIM。然而，在當(dāng)今的大多數(shù)無線電系統(tǒng)中，兩個(gè)或多個(gè)不同的載波不僅共享同一個(gè)站點(diǎn)，而且同時(shí)共享相同的電纜線路和天線系統(tǒng)，無論是在上行鏈路還是下行鏈路頻段。當(dāng)下行鏈路信號(hào)在上行鏈路頻段產(chǎn)生PIM時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)問題。這些信號(hào)本身雖然水平相對(duì)較低，但通常與站點(diǎn)從移動(dòng)單元接收到的信號(hào)水平處于同一量級(jí)。
在站點(diǎn)，無線電接收器可能無法區(qū)分由PIM產(chǎn)生的不需要信號(hào)和來自移動(dòng)設(shè)備的上行鏈路所需信號(hào)。此外，PIM會(huì)使站點(diǎn)的噪聲基底提高幾個(gè)分貝，并導(dǎo)致接收器靈敏度降低。這些問題是核心所在。這些影響會(huì)嚴(yán)重降低站點(diǎn)的性能，導(dǎo)致容量損失、掉話數(shù)量增加和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率上升。
站點(diǎn)容量損失意味著在一個(gè)區(qū)域內(nèi)需要更多的基站來維持適當(dāng)?shù)母采w范圍。掉話和服務(wù)質(zhì)量差可能導(dǎo)致用戶流失。
3、PIM在基站中的測量方法
PIM（無源互調(diào)）測量通常按照IEC標(biāo)準(zhǔn)62037-2進(jìn)行。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)使用兩個(gè)20W（43dBm）的測試音，但測試音信號(hào)的頻率將取決于被測系統(tǒng)的具體情況。
如下圖所示的標(biāo)準(zhǔn)測試裝置包括兩個(gè)信號(hào)源（包括功率放大器和窄帶濾波器）、一個(gè)求和與定向耦合器模塊以及一個(gè)頻譜分析儀。低PIM負(fù)載和測試電纜是必需的附件。
測試過程是將每個(gè)信號(hào)源設(shè)置為特定頻率（如圖1所示的F1和F2）和功率等級(jí)（43dBm），將這兩個(gè)信號(hào)相加并施加到被測設(shè)備（Device Under Test，簡稱DUT）上，然后在頻譜分析儀上分析任何反射信號(hào)。
除了入射的F1和F2信號(hào)外，分析儀上出現(xiàn)的任何其他信號(hào)都是由無源互調(diào)（PIM）產(chǎn)生的[如圖2所示]。
圖2 PIM測量方法
PIM（無源互調(diào)）信號(hào)的強(qiáng)度以dBm為單位進(jìn)行測量，并與參考源（載波）信號(hào)進(jìn)行比較，以確定PIM值（以dBc為單位）[如圖3所示]。例如，如果載波（測試）信號(hào)的強(qiáng)度為43 dBm，而測得的PIM信號(hào)強(qiáng)度為-90 dBm，則PIM值定義為-133 dBc（即比載波低133 dB）。
圖3 PIM測試
IEC標(biāo)準(zhǔn)定義測試音電平的原因之一是，由于產(chǎn)生雜散信號(hào)的接點(diǎn)實(shí)際上是一個(gè)電流流受限的點(diǎn)，因此測試音功率電平越低，PIM（無源互調(diào)）就越低，因?yàn)橥ㄟ^該接點(diǎn)的電流就越少。反之亦然，載波電平越高，PIM就越高（越差）。這是PIM非線性特性的一部分。一個(gè)大致的規(guī)律是，載波功率每增加1dB，PIM噪聲就會(huì)增加2.5dB。
以圖3中的示例為例，如果測試音的電平僅為30 dBm，那么PIM（無源互調(diào)）的表現(xiàn)會(huì)看似好得多；測得的PIM信號(hào)可能低至-123 dBm，這表示PIM值為-153 dBc。因此，PIM性能規(guī)范必須包含對(duì)載波電平的引用，才具有實(shí)際意義。關(guān)于PIM測試，還有一點(diǎn)需要注意，即通常進(jìn)行兩種類型的測試：一種是在被測設(shè)備（DUT）靜止時(shí)進(jìn)行的測試，稱為靜態(tài)PIM測試；另一種是在被測設(shè)備移動(dòng)時(shí)進(jìn)行的測試，稱為動(dòng)態(tài)PIM測試。
4、PIM產(chǎn)生的原因
到目前為止，我們已經(jīng)了解了PIM（無源互調(diào)）是什么，它的影響，以及量化該問題的方法。接下來，我們需要了解在典型基站中PIM產(chǎn)生的實(shí)際原因。我們將從現(xiàn)場安裝和制造問題兩個(gè)方面進(jìn)行探討。
5、PIM的現(xiàn)場預(yù)防
大多數(shù)現(xiàn)場相關(guān)的PIM（無源互調(diào)）問題的真正元兇都與安裝和清潔度有關(guān)。為確保PIM性能良好，所有組件的安裝都必須正確無誤。正確安裝意味著所有連接都應(yīng)施加正確的扭矩，并確保所有連接點(diǎn)沒有污染物?，F(xiàn)場的清潔度不僅限于傳輸線，現(xiàn)場的所有塔架和圍欄組件都應(yīng)無腐蝕且維護(hù)得當(dāng)。
確保良好PIM（無源互調(diào)）性能的首要任務(wù)是正確安裝連接器，這需要正確執(zhí)行多個(gè)步驟，并適當(dāng)關(guān)注質(zhì)量細(xì)節(jié)。射頻（RF）連接器是精密設(shè)計(jì)和構(gòu)造的組件，如果期望獲得良好的射頻性能，則應(yīng)將其視為精密組件進(jìn)行處理。
步驟1：正確準(zhǔn)備電纜；使用定制的電纜準(zhǔn)備工具或質(zhì)量良好的鋸子，確保電纜末端與電纜軸線垂直，切割平整。必須使用優(yōu)質(zhì)鋸子。合適的鋸片應(yīng)未上漆，齒數(shù)多（建議每英寸32齒或更多），如果可能的話，應(yīng)為直線型，即齒無偏移。高質(zhì)量的鋸片有助于確保導(dǎo)體不受損壞、變形或劃傷，并限制切割碎屑的數(shù)量。在切割時(shí)，盡可能將電纜末端朝下，以減少碎屑進(jìn)入電纜芯部的量。
步驟2：必須清除所有金屬和泡沫碎屑。使用軟毛黃銅或尼龍刷子清除所有松散的切割碎屑。有時(shí)，額外使用膠帶可以去除刷子可能留下的最細(xì)小的碎屑。
步驟3：為連接器安裝正確準(zhǔn)備擴(kuò)口。使用刀具（或類似工具）將泡沫與外導(dǎo)體完全分離[如圖4所示]，并驗(yàn)證泡沫是否圍繞中心導(dǎo)體對(duì)稱[如圖5所示]。
圖4 準(zhǔn)備擴(kuò)口
圖5 對(duì)稱泡沫
步驟4：將連接器安裝到準(zhǔn)備好的電纜上，并按照制造商的扭矩規(guī)格擰緊連接器。如果連接器擰緊的扭矩值不正確，將不會(huì)表現(xiàn)出良好的PIM（無源互調(diào)）性能。
步驟5：安裝熱縮套管可以幫助穩(wěn)定電纜上的連接器，并且在某些情況下可以改善PIM性能[如圖6所示]。系統(tǒng)不同部分之間的所有互連也必須按照正確的規(guī)格擰緊，過緊或過松的互連都會(huì)損害性能。
圖6 熱縮套管安裝
6、基站組件的制造過程
表現(xiàn)出非線性性能的組件主要有三種基本類型：放大器、二極管以及含有鐵磁材料的器件。
幾乎所有可能在現(xiàn)場產(chǎn)生PIM（無源互調(diào)）的因素都屬于二極管類別（或者更具體地說，從電氣角度來看，表現(xiàn)出二極管特性的因素）。在傳輸系統(tǒng)中，屬于這一類別的最常見組件是天線、傳輸線和連接器。讓我們簡要地看一下這些組件的制造階段。
在天線中，PIM（無源互調(diào)）可能由多種因素引起。其中一些導(dǎo)致PIM的因素包括焊接不良、連接松動(dòng)、不同金屬接合、接觸點(diǎn)過多以及相互接觸的金屬表面之間的氧化。防止天線中產(chǎn)生PIM的最佳方法是采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)來處理接觸點(diǎn)的數(shù)量、材料和鍍層，以及采用處理焊接問題、連接松動(dòng)和總裝問題的制造控制。
在傳輸線中，PIM的原因通常與三個(gè)具體問題相關(guān)。這些問題包括導(dǎo)體或泡沫中殘留的金屬碎片、焊接質(zhì)量差以及內(nèi)外導(dǎo)體之間的熱膨脹差異。因此，在制造的各個(gè)階段對(duì)內(nèi)外導(dǎo)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)那鍧嵵陵P(guān)重要，因?yàn)檫@可以去除任何松動(dòng)的金屬顆粒。在正確的氣體環(huán)境中進(jìn)行精密焊接可以確保焊接質(zhì)量。適當(dāng)控制粘合劑和導(dǎo)體波紋的尺寸可以限制導(dǎo)體相對(duì)于彼此移動(dòng)所帶來的問題。
在連接器中，主要關(guān)注的是可能使用了不正確的材料（鐵磁材料）、表面鍍層是否適當(dāng)，以及避免連接器在制造后出現(xiàn)松動(dòng)的金屬碎屑。與傳輸線和天線一樣，防止連接器在安裝前產(chǎn)生PIM的最佳方法是對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)（包括材料選擇）和制造質(zhì)量控制。
在放大器的情況下，主要通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和制造過程以及正確選擇功率水平來控制互調(diào)產(chǎn)物。
避免鐵磁效應(yīng)主要是在設(shè)計(jì)特定組件（連接器、天線、浪涌保護(hù)器等）或整體站點(diǎn)組件選擇時(shí)正確選擇材料（非鐵金屬，即不含鐵的金屬）。
7、結(jié)論
本文探討了與PIM（無源互調(diào)）相關(guān)的問題、原因及解決方案。PIM可能對(duì)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成巨大困擾，但其實(shí)本不必如此。通過正確選擇材料，并在整個(gè)站點(diǎn)設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中遵循正確程序，可以控制PIM，從而消除其作為導(dǎo)致性能不佳的因素。
