淺談無源互調測量技術
發布時間:2019-04-09 責任編輯:wenwei
【導讀】由於衰減效應嚴重影響了通信網絡的運行,因此PIM在zai無wu線xian通tong信xin領ling域yu越yue來lai越yue受shou關guan注zhu。隻zhi要yao當dang兩liang個ge頻pin率lv以yi上shang的de信xin號hao遇yu到dao一yi個ge非fei線xian性xing的de電dian學xue結jie或huo類lei似si物wu質zhi,就jiu會hui產chan生sheng互hu調tiao。其qi結jie果guo是shi產chan生sheng了le我wo們men不bu想xiang要yao的de信xin號hao,這zhe個ge信xin號hao的de頻pin率lv可ke以yi由you最zui初chu的de原yuan始shi頻pin率lv經jing過guo計ji算suan得de到dao,它ta可ke以yi導dao致zhi係xi統tong容rong量liang的de減jian少shao,和he(或)通話質量的降低。
fengwoxiaoquzhongrongliangdejianshaohetonghuazhiliangdejiangdijiangdaozhiwuxiantongxinfuwutigongshangshourudejianshao。dangshouyingxiangdekehuduigaifuwutigongshangshiquxinxin,bingqiegaihuanchengshiyongjingzhengduishoudefuwushi,namegaifuwutigongshangdejingjisunshijiangshibukeyujide。
通過與世界各國的工程師和技術人員的交流,Summitek公司與器件製造商、下遊供應商、現場經理和服務提供商討論過有關互調的問題。Summitek結合了通過製造和發展其PIM分析儀而獲得相關的知識,形成的PIM測量基本方法,以及構築Summitek分析儀的測試性能等方麵,從而逐步形成了現有的觀點和看法。Summitek建議如下:
· 在強調性價比的現實情況下,一味的堅持“低”互調原則是很難滿足市場的大量需求的。
· PIM的評估設備應該采用動態的測量方法。
· 由於頻率是依賴於許多設備及其子係統的特性,因此固定頻率的測試方法可能是不適合的。
PIM的形成原因
設計、製造和維護都是產生互調的原因。
就(jiu)互(hu)調(tiao)而(er)言(yan),良(liang)好(hao)的(de)設(she)計(ji)是(shi)必(bi)要(yao)條(tiao)件(jian),但(dan)不(bu)是(shi)成(cheng)功(gong)的(de)充(chong)分(fen)條(tiao)件(jian)。同(tong)時(shi),許(xu)多(duo)公(gong)司(si)認(ren)為(wei)互(hu)調(tiao)可(ke)以(yi)簡(jian)單(dan)得(de)通(tong)過(guo)一(yi)些(xie)設(she)計(ji)規(gui)則(ze)來(lai)控(kong)製(zhi)。避(bi)免(mian)使(shi)用(yong)含(han)鐵(tie)材(cai)料(liao)、使連接結點的數量最少化。設計中所有的連接結點必須是精確的,並且在足夠的壓力下還能維持很好的連接。焊接或冷焊所有的結點;避免不同材料間的直接接觸;電鍍所有的表麵,防止氧化;quebaodiandudejunyunyijizugoudehoudu。suiranzhexieguizekansijiandan,danshiwanmeidishixiantamencaishichenggongdeguanjian。lixiangguochengzhongdeweixiaopianchakenengdaozhiwufarongrendehutiao。xianshihuanjingxiakenengfashengdeqingkuang:部件間的簡單連接;螺杆和緊固件的不切當的扭矩;連接處的焊接不良;電鍍前沒有徹底充分清洗部件;汙染的電鍍槽;電鍍材料的結構;使用錯誤的材料;電鍍的附著力差。
一(yi)旦(dan)你(ni)已(yi)經(jing)擁(yong)有(you)了(le)設(she)計(ji)完(wan)美(mei)和(he)製(zhi)造(zao)良(liang)好(hao)的(de)零(ling)部(bu)件(jian)後(hou),接(jie)下(xia)來(lai)的(de)挑(tiao)戰(zhan)就(jiu)是(shi)組(zu)裝(zhuang)和(he)係(xi)統(tong)的(de)安(an)裝(zhuang)了(le)。所(suo)有(you)的(de)結(jie)點(dian)都(dou)是(shi)互(hu)調(tiao)的(de)潛(qian)在(zai)產(chan)生(sheng)者(zhe),因(yin)此(ci),每(mei)個(ge)連(lian)接(jie)點(dian)都(dou)是(shi)問(wen)題(ti)的(de)潛(qian)在(zai)源(yuan)頭(tou)。當(dang)存(cun)在(zai)機(ji)械(xie)壓(ya)力(li)(電纜的彎曲度、接頭截麵的扭力負荷,超過/低於扭矩的接頭)的情況下,在良好的外界環境中對結點的測試,仍然是不可靠的。
總之,所有連接起來的部件達到互調指標並不能保證其子係統也可以達到互調的指標。
再之,自然因素是那些暴露在自然界的網絡部分的天敵。風力造成的擺動、溫度日變化、各種不同形式的潮濕、陽光造成的熱量負荷、空氣中的塵埃。以上的每一種情況都會毀掉器件在網絡中的質量,並且最終導致信道的崩潰。接縫的衰減、結點的分離、濕氣的入侵、材料的氧化,以及塵埃的汙染都將增加互調,降低接收機靈敏度。這個結果是在設計潛能下的蜂窩網絡的實際情況。
測試方法--量化互調性能
良好的通信質量要求保持一個可以容忍的載幹(C/I)比,因此,我們的希望幹擾”I”越小越好。在理想情況下,幹擾”I”總是小於接收機的底噪。這個我們不希望看到的幹擾產生的原因之一就是無源互調。
一個典型的指標要求,在測試中向設備注入兩個+43dBm的載波信號時,無源互調不能大於–110dBm,即-153dBc。換句話說,這個指標要求相當於1:2,000,000,000,000,000的比值,或者說相當於我們要以0.1mm的精確度來測量地球與太陽間的距離。
· 以前
以前測量PIM的通常做法是在測試環境中,注入兩個固定頻率的,每路20瓦的連續波信號時,測量產生的互調功率值。這個方案與國際標準委員會定義的測量PIM的方法(IEC TC46 WG6)是一致的。
yaoshixianbiyaodeceshishebei,jingdiandefangshishicaiyongjiadieshifangshi,jiangliangtaixinhaohechengqikuisongxinhaozhilianggedagonglvfangdaqi。zhelianggedagonglvfangdaqilianjiezhehenduoqijian,zhexieqijianyonglaihecheng、guolvheshuanggongxinhao。ranhoujiangjingguochulidexinhaotongguoyitaidizaofanghoufasongdaopinpufenxiyijinxingjiankonghexianshi。yitaigonglvjibeiyonglaizhouqixingditiaozhengfashegonglv,laibuchangpiancha。
采用架疊式方法搭建無源互調平台顯然是一個困難的過程。而且,由於其中的許多離散性器件、組(zu)件(jian)和(he)相(xiang)互(hu)連(lian)接(jie)的(de)電(dian)纜(lan),導(dao)致(zhi)了(le)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)有(you)時(shi)很(hen)難(nan)再(zai)現(xian),設(she)備(bei)經(jing)常(chang)不(bu)穩(wen)定(ding)和(he)容(rong)易(yi)損(sun)壞(huai)。如(ru)果(guo)這(zhe)還(hai)不(bu)足(zu)以(yi)說(shuo)服(fu)你(ni)的(de)話(hua),這(zhe)種(zhong)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)還(hai)是(shi)耗(hao)時(shi)的(de)。而(er)且(qie),我(wo)們(men)已(yi)經(jing)開(kai)始(shi)認(ren)識(shi)到(dao),這(zhe)樣(yang)的(de)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)是(shi)不(bu)確(que)定(ding)的(de),也(ye)是(shi)容(rong)易(yi)誤(wu)解(jie)的(de)。
· 現在
基於對PIM測量的實現方式(和相關的不足之處)的理解,Summitek設定了如下設計目標:建立一套具有高質量、可(ke)重(zhong)複(fu)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)的(de)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)。使(shi)得(de)設(she)備(bei)能(neng)夠(gou)容(rong)易(yi)的(de)建(jian)立(li)和(he)使(shi)用(yong)。通(tong)過(guo)提(ti)供(gong)新(xin)的(de)有(you)用(yong)的(de)工(gong)具(ju)來(lai)保(bao)證(zheng)世(shi)界(jie)先(xian)進(jin)水(shui)平(ping)。為(wei)了(le)建(jian)立(li)一(yi)個(ge)清(qing)楚(chu)的(de)實(shi)現(xian)基(ji)礎(chu)的(de)對(dui)比(bi),將(jiang)標(biao)準(zhun)化(hua)引(yin)入(ru)該(gai)複(fu)雜(za)的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)。緊(jin)跟(gen)當(dang)前(qian)的(de)技(ji)術(shu)趨(qu)勢(shi)和(he)測(ce)試(shi)標(biao)準(zhun)。聆(ling)聽(ting)消(xiao)費(fei)者(zhe)的(de)建(jian)議(yi),使(shi)之(zhi)分(fen)類(lei)合(he)並(bing),以(yi)便(bian)於(yu)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)提(ti)供(gong)最(zui)全(quan)麵(mian)的(de),簡(jian)單(dan)易(yi)學(xue)的(de)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)。
這促成了無源互調儀的三大重要的設計特點:
1.高集成化設計:將所有的射頻器件組裝在一個獨立的機箱中,使外部組件數量最小化,這將提高設備的可靠性、穩定性和可重複性。
2.高速數字接收機技術。Summitek的分析儀的速度和頻率靈敏性使之可以達到:
· 同時測量多個互調產物。
· 測量和記錄一些瞬間狀態,比如無源互調脈衝,以及由於機械和環境影響造成的互調變化。
· 互調的掃頻測量特性驗證了整個指定頻段範圍的執行情況。
3.創造性的新測試性能:最終的設備操作簡單、高效、嚴謹,因此,該測試方法對於保證產品的質量和網絡完整性是非常實用的。
大多數測量方法是基於一對獨立的載波頻率的。由於無線通信標準,該頻率往往設置在發送頻帶的邊緣。
以測量工作於PCS1900頻帶的器件為例。典型地,測試設置載波1為1930 MHz ,載波2為1990 MHz(注:有you一yi些xie無wu源yuan互hu調tiao測ce試shi設she備bei基ji於yu設she計ji原yuan因yin,必bi須xu將jiang一yi個ge載zai波bo設she置zhi在zai接jie收shou頻pin段duan內nei,另ling一yi個ge載zai波bo設she置zhi在zai發fa射she頻pin段duan內nei。這zhe個ge測ce試shi方fang法fa的de正zheng確que性xing有you爭zheng議yi)。在(zai)發(fa)射(she)頻(pin)率(lv)和(he)功(gong)率(lv)確(que)定(ding),以(yi)及(ji)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)設(she)置(zhi)成(cheng)互(hu)調(tiao)響(xiang)應(ying)後(hou),測(ce)試(shi)就(jiu)開(kai)始(shi)了(le)。在(zai)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong),要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)不(bu)要(yao)碰(peng)撞(zhuang)被(bei)測(ce)器(qi)件(jian)和(he)測(ce)試(shi)儀(yi)表(biao),以(yi)免(mian)在(zai)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)掃(sao)描(miao)剛(gang)好(hao)通(tong)過(guo)互(hu)調(tiao)頻(pin)段(duan)時(shi),由(you)於(yu)其(qi)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)產(chan)生(sheng)數(shu)據(ju)尖(jian)峰(feng)。
經驗告訴我們這種測量無源互調的方法有很多限製,並且存在很多隱藏的潛在問題。
動態測量
不bu考kao慮lv環huan境jing因yin素su,盡jin管guan由you於yu最zui佳jia的de設she計ji和he製zhi造zao,產chan品pin的de性xing能neng是shi穩wen定ding的de,但dan是shi器qi件jian和he子zi係xi統tong的de無wu源yuan互hu調tiao響xiang應ying會hui受shou製zhi於yu壓ya力li而er顯xian著zhu的de改gai變bian。在zai動dong態tai測ce量liang中zhong,我wo們men會hui應ying用yong一yi些xie適shi當dang的de外wai界jie刺ci激ji來lai監jian控kong互hu調tiao性xing能neng。
有關電纜裝配的動態測量問題已經受到了極大的關注。我們必須注意到接頭/電纜界麵產生的互調,還要考慮到電纜本身產生的互調(由固體導體電纜上的微裂紋和編織電纜的非連續性接觸引起的互調)。測試包括當電纜在彎曲狀態,或接頭/電纜表麵處於撓矩狀態時的互調。
在我們看來,無線通信網絡中,基站發射端的所有組件受製於互調。Summitek分別用兩種測試方法,使用Summitek的分析儀對所有被測器件進行無源互調的測試。這兩種方法分別是“敲擊”實驗和“撓度”實驗。“敲擊”實shi驗yan就jiu是shi簡jian單dan地di敲qiao打da器qi件jian,並bing觀guan察cha互hu調tiao響xiang應ying。例li如ru,頻pin繁fan得de敲qiao擊ji濾lv波bo器qi的de調tiao節jie螺luo杆gan,會hui產chan生sheng高gao互hu調tiao值zhi。當dang停ting止zhi敲qiao擊ji後hou,互hu調tiao值zhi有you時shi會hui恢hui複fu到dao原yuan來lai的de低di互hu調tiao情qing況kuang,而er有you時shi卻que仍reng然ran維wei持chi在zai高gao互hu調tiao的de情qing況kuang。“敲擊”實驗對於證明屏蔽器件和電纜終有一天將會失效是非常有用的。
在接下來的例子中,我們將會有測試圖作為說明。在這個實驗過程中,我們使用了具有帶狀記錄紙功能的Summitek分析儀來記錄在實驗過程中互調響應的數據。被測器件是一個PCS1900的(de)帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi),我(wo)們(men)所(suo)關(guan)心(xin)的(de)是(shi)由(you)於(yu)敲(qiao)擊(ji)而(er)導(dao)致(zhi)的(de)互(hu)調(tiao)變(bian)化(hua)。在(zai)這(zhe)之(zhi)後(hou)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)實(shi)驗(yan)是(shi)用(yong)來(lai)說(shuo)明(ming)當(dang)溫(wen)度(du)改(gai)變(bian)時(shi),器(qi)件(jian)的(de)互(hu)調(tiao)指(zhi)標(biao)會(hui)隨(sui)之(zhi)急(ji)速(su)變(bian)差(cha)。

圖1:動態互調測量
“撓度”實shi驗yan就jiu是shi在zai被bei測ce器qi件jian的de接jie頭tou上shang施shi加jia一yi個ge適shi當dang的de側ce力li時shi,觀guan察cha互hu調tiao的de變bian化hua。接jie頭tou沒mei有you充chong分fen固gu定ding在zai器qi件jian主zhu體ti上shang,或huo者zhe器qi件jian內nei部bu發fa射she結jie構gou不bu堅jian固gu,都dou會hui導dao致zhi互hu調tiao的de產chan生sheng。
掃頻測量
到dao目mu前qian為wei止zhi,已yi經jing被bei人ren們men所suo接jie受shou的de無wu源yuan互hu調tiao的de測ce量liang方fang法fa還hai是shi將jiang載zai波bo設she置zhi成cheng兩liang個ge固gu定ding的de頻pin率lv,然ran後hou測ce量liang產chan生sheng的de互hu調tiao。這zhe兩liang個ge固gu定ding的de頻pin率lv通tong常chang設she置zhi在zai發fa射she頻pin段duan,但dan也ye不bu一yi定ding是shi這zhe樣yang。我wo們men發fa現xian,這zhe樣yang的de測ce試shi方fang法fa對dui於yu很hen大da一yi部bu分fen器qi件jian的de互hu調tiao測ce量liang不bu是shi很hen恰qia當dang。因yin為wei這zhe些xie器qi件jian的de互hu調tiao特te性xing是shi隨sui一yi個ge與yu頻pin率lv有you關guan的de函han數shu而er變bian化hua的de。Summitek公司的無源互調分析儀生產的互調測試設備具有多重頻段的掃頻功能,解決了該問題,而且更簡單實用。
下麵是一個明顯的例子來證明掃頻互調測試儀的優點。在實驗中,被測的是一個接頭有問題的PCS1900頻(pin)段(duan)的(de)雙(shuang)工(gong)器(qi)。需(xu)要(yao)說(shuo)明(ming)的(de)是(shi),該(gai)器(qi)件(jian)接(jie)頭(tou)的(de)損(sun)壞(huai)是(shi)由(you)於(yu)扭(niu)矩(ju)過(guo)大(da)引(yin)起(qi)的(de),而(er)且(qie)它(ta)不(bu)能(neng)通(tong)過(guo)肉(rou)眼(yan)的(de)觀(guan)察(cha)以(yi)及(ji)回(hui)波(bo)損(sun)耗(hao)的(de)掃(sao)頻(pin)測(ce)量(liang)來(lai)發(fa)現(xian)。下(xia)圖(tu)是(shi)一(yi)個(ge)“好”雙工器和“壞”雙工器的回波損耗的比較示意圖。

“好”的雙工器在整個頻段內都達到了–115 dBm的技術指標,但是,當“壞”雙(shuang)工(gong)器(qi)的(de)發(fa)射(she)載(zai)波(bo)從(cong)通(tong)帶(dai)邊(bian)緣(yuan)被(bei)搬(ban)移(yi)時(shi),其(qi)互(hu)調(tiao)指(zhi)標(biao)就(jiu)急(ji)速(su)變(bian)差(cha)。如(ru)果(guo)這(zhe)兩(liang)個(ge)雙(shuang)工(gong)器(qi)隻(zhi)使(shi)用(yong)通(tong)帶(dai)邊(bian)緣(yuan)的(de)載(zai)波(bo)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)時(shi),都(dou)能(neng)通(tong)過(guo)質(zhi)量(liang)評(ping)估(gu)的(de)篩(shai)選(xuan)。
為了充分顯示被測器件的特性,Summitek具有掃頻功能的無源互調分析儀記錄了,當兩路中每一路載波在整個發射頻段(即下行鏈路)掃描時的互調值,但是,每次隻有一路載波處於掃描狀態,而另一路維持在通帶邊緣的固定頻率上。下麵的例子中,當載波2在1950到1990 MHz頻段掃描,載波1固定在1930 MHz時,產生的三階互調信號的頻段在1870到1910 MHz之間。
測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)可(ke)以(yi)被(bei)記(ji)錄(lu)進(jin)一(yi)個(ge)文(wen)檔(dang),並(bing)複(fu)製(zhi)到(dao)電(dian)腦(nao)的(de)剪(jian)貼(tie)板(ban)上(shang),以(yi)便(bian)可(ke)以(yi)將(jiang)它(ta)粘(zhan)貼(tie)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)中(zhong),或(huo)者(zhe)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)硬(ying)拷(kao)貝(bei)到(dao)打(da)印(yin)機(ji)上(shang)打(da)印(yin)。

總結
youyuwuxiantongxinfuwutigongshangzhiliyuweihuheyingdekehu,kongzhiwuyuanhutiaoshizhenzhijieguanxidaofuwutigongshangdejingjiliyi。muqianfengwowangluozhongcunzaidewuyuanhutiaoyingxianglejizhanderonglianghetonghuazhiliang。yinci,weileshixiangenghaodewangluoxingneng,wuyuanhutiaozhibiaozaizhenggesheji、製造過程,乃至安裝在基站後,都必須受到重視,並進行測量和控製。
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