大功率多信道通信系统中无源互调的产生机理和测试系统的设计（一）

3.1 接触非线性

由于接触非线性引起的PIM干扰具体包括以下几个方面：

1)低劣的制造工艺引起松动连接、金属裂缝和连接处的氧化作用产生的PIM产物;

2)在金属接触处穿越氧化薄层的电子隧道效应和半导体行为产生的PIM产物;3)由结合面上的点接触引起的机械效应;

4)点电子接触引起的电子效应，点电子接触和局部发电流引起的热响应;

5 )强直流引起金属导体中离子电迁移;

6)接触面的相对运动、振动和磨损;

7)不同热膨胀系数器件接触引起热循环;

8)金属接触的松动和滑动以及氧化层或污染物的形成。

3.2 材料非线性

由于材料非线性引起的PIM干扰具体包括以下几个方面：

1)电介质薄层的隧道贯穿：电子通过厚度小于10nm的电介质薄层直接由一个导体到另一个导体的隧道贯穿，如由氧化层分离的金属之间的电子隧道效应;

2)铁磁效应：铁磁材料(如铁、钴、镍)具有很大的磁导率，并随磁场非线性变化，显示出磁滞特性，铁磁材料能引起很强的PIM产物;

3)接触电容：由接触表面薄层和污染层所引起的电容;

4)电致伸缩：电场引起线性变化，发生于纯净的非线性介质中的电致伸缩对同轴电缆中产生的PIM产物有贡献;

5)磁阻：磁场引起金属导体电阻的变化;

6)电滞效应：材料电偶极子有自排列趋势;

7)磁致伸缩：磁场引起线性变化，产生于铁磁材料电源电感器内;

8)微放电：真空环境下由强电场产生离子气体引起的二次电子倍增放点，产生于微狭缝之间和金属内的砂眼中;

9)电介质击穿：强电场引起的非破坏性固态电介质击穿，可能的机理为热击穿和雪崩;

10)空气充电：充电载流子在接触点进入绝缘体或半导体内，这个效应产生于非均匀内部电场中。在半导体中，由于同时存在电子和空穴，因而可产生很强的非线性电流电压关系;

11)离子导电：由离子(如空穴)引起的导电线性，强电场时为非线性效应。在RF波段和微波频段，直流分量大时，次效应才显示出来;

12)热离子发射效应：由于热能的统计分布引起电子穿过势垒的效应，可在导体氧化膜上产生;

13)场发射：电子穿过势垒的量子力学隧道效应。在强电场情况下，电流密度随场强非线性变化。这个效应对温度的依赖性没有热离子发射效应强，而且发生于低温情况;

14)内部热离子发射效应：类似于热离子发射效应，起源于绝缘体或半导体材料内部填充的陷阱;

15)内部发射：电荷从束缚态到导带的量子力学隧道效应。强电场情况下次效应比热离子发射效应更强。

4.PIM的测量方法

国内的PIM测量由于起步较晚，并没有能形成自己的统一标准，而是各个采购商或制造商根据自己的理解形成了各自的企业标准，但由于测量方法和测试系统之间的区别，各系统间生成的数据差异较大。

国外的PIM测量则起步较早，早在2001年就制定了有关无源测试的射频连接器、连接一体成型电感器器电缆部件和电缆的PIM水平测量标准IEC-62037.

PIM的表征有两种方法，一种是绝对功率电平表示法，用以dBm为单位互调产物电平值来表示，另外一种是相对功率电平表示法，即用互调产物绝对功率电平与一个输入载波功率电平的差值来表示，单位为d B c.I E C - 6 2 0 3 7建议实验端口处采用2×共模电感器;20W(43dBm)功率，这一标准已被业界广泛采用。譬如基站天线互调要求一般为-107dBm@2×43dBm,等同于-150dBc@2×43dBm.

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一般来说，PIM特性是由多个干扰源的复杂综合，这些干扰源在各种不同程度上受一个或者多个因素的影响。因此对PIM的建模极其复杂，只能对实际PIM电平进行相对准确的预测。要精确可靠地估算PIM行为，只能依靠相对精准的测量方法和适当的测量装置进行测量。

无源器件的设备制造商和移动通信系统运营商以及其他无缘非线性实验研究都需要无源测量系统。一般来说。PIM产物测量方法可分为无辐射式和辐射式两种。前者适合于非线性材料、连接器、同轴电缆、滤波器、功分器、耦合器、双工器、波导器件等的研究，通常测量系统要屏蔽，终端接一个匹配负载，理想情况下不辐射任何能量;后者适合于辐射结构，如天线、馈线、结构部件等的研究，通常系统放在微波暗室或开放的测量场地。由于辐射式测量系统受本地信号环境影响较大，所以只在有些特定情况或必须使用辐射式测量系统时才会采用此方法。相比之下，由于测试系统是屏蔽的，实验参数和实验环境较易控制，无辐射式测量方法更为常用。无辐射式PIM测量方法按照传输方向又分为无辐射传输式和无辐射反射式，选择传输式互调及反射式互调测量是由具有最大功率的载波信号在无源器件中的传播方向决定，如图3所示。

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