互调计算（精选7篇）
互调计算 篇1
随着科技和社会的发展, 特别是通信产业的不断发展, 使用的通信设备不断增加, 特别是无线通信设备的广泛使用, 在一个地区, 一个城市或者一个区域使用的无线电设备越来越多, 相互之间引起的干扰问题日益突出, 对一个区域通信频率的有效管理是保证通信正常进行和充分利用有限的频率资源的必要环节, 而传统的凭经验的落后管理方法已经不适应现在通信频率管理的需要。为了适应频谱管理手段现代化的需要, 必须开发频谱管理软件和电磁兼容分析软件。在开发频谱管理软件电磁兼容分析软件的过程中, 需要进行各种干扰的计算, 例如中频选择性、交调、互调等, 而对互调干扰的计算及到多个发射机对一个接收机的互调干扰, 在一般讨论互调干扰的概念时, 都是以多个载波对其中某个载波的互调干扰为例的, 由于载波的频率远远大于带宽, 所以只考虑奇数阶的互调而不考虑偶数阶的互调。但是, 在开发频谱管理软件和电磁兼容分析软件中, 需要计算多个发射机对另外一个接收机的互调干扰, 而发射机和接收机的工作频率是任意的没有任何限制的, 所以可能存在偶数阶的互调, 本文就在开发频谱管理软件和电磁兼容分析软件中遇到的这一计算多个发射机对另外一个接收机的互调干扰的技术问题进行讨论, 首先从多个载波对其中一个载波的互调干扰的定义出发, 给出N个发射机对一个接收机的互调干扰的概念, 并给出它的计算方法。
1 N个发射机对一个接收机的互调干扰
由于接收机内的非线性特性, 两个以上的多载波输入时可以混频, 即产生互调, 会产生新的频率分量信号, 如果这些新分量落在某载波信号的载频上或落在某载波信号的频带内, 便造成干扰, 因此可能导致接收机的性能恶化。
假设有N个输入载波频率为f1, f2, ……, fN, 若这N个发射载波频率中的两个和两个以上混频, 其互调的频率模型为:
其中m1, m2, …mN=1, 1, 2…, k=1, 2, …, Bk是第k个载波信号的带宽;表明产生的互调信号落在第k个载波信号接收机的中频带宽内, 就会形成干扰。m1+m2+……mN是互调干扰的阶数, 一般只有奇数阶的互调才满足上述不等式, 所以只要计算三阶、五阶和七阶互调。这就是频率综合中有关互调的概念。
2 N个发射机对一个接收机的互调干扰计算
对于N个发射机的发射频率为f1, f2, ……, fN信号时, 对另一个工作频率为f0, 工作带宽为B0的接收机而言也可能产生互调干扰, 其互调的频率模型为:
其中m1, m2, …mN=1, 1, 2…, k=1, 2, …, 表明N个工作频率为f1, f2…fN的发射机互调信号落在另一个频率f0的接收机的中频带宽内, 就会形成干扰。由于接收机的工作频率f0和工作带宽B0一般与发射机的工作频率没有联系, 所以互调的阶数可能是奇数阶的也可能是偶数阶的, 一般计算到七阶互调为止。
因此, 我们首先将干扰台站频率进行组合, 判断是否存在互调干扰, 再计算等效输入电平来表示互调幅度模型, 其表达式为:
其中m1, m2, …, mN是互调组合的常数;PE为等效输入功率 (d Bm) ;P1, P2, …PN是频率为f1, f2, …fN的干扰发射机对接收机而言输入端的功率 (d Bm) ;IMF是互调系数, 不同的接收机其互调系数不同。
互调干扰分析最终需要计算接收机等效输入电平, 关键是根据互调的频率模型f0-B0≤Ⅰm1f1±m2f2±…mNfNⅠ≤f0+B0, 要寻找互调组合的常数m1, m2, …, mN, 即求满足上述不等式的自然数m1, m2, …, mN, 首先计算到7阶, 作变换
7±mN可用nN代表, 其中N=14, 经过这一变换后在编程进行计算机实现时通过对n1, n2…nN从0到14进行N重循环来寻找满足上述不等式的互调组合的常数n1, n2, …nN, 再用求得的n1, n2, …nN分别减7, 就得到真正的互调组合的常数m1, m2, …, mN, 这一确定互调组合的常数m1, m2, …, mN的计算方法的计算量随着干扰发射机数目N的增加而成指数增加, 所以必须在循环的过程中采取一些技术处理以减少计算量, 例如在循环过程中对已经得到的频率总数和还未累加的频率总数进行估计和判断, 以跳过或终止一些没有必要的循环, 以减少计算量。
得到互调组合的常数m1, m2, …, mN, 通过计算等效输入电平的互调幅度模型PE=m1P1+m2P2+…mNPN+IMF计算等效输入电平, 这样就得到对接收机的干扰大小。
基站的无源互调问题及其故障定位 篇2
移动通信高速数据通信的发展增加了蜂窝系统内的网络业务量, 也在一定程度上影响了网络性能。随着额外新增的移动通信发射机和调制信号添加到既有的或新的基站, 统计到的基站性能可能大幅变化, 这可能会导致基站性能变差、扇区性能恶化或者覆盖率降低等等。
无源互调问题近来已经成为网络性能的最前沿问题, 基于以下一系列原因或几个原因的组合:
●越来越高的射频功率;
●相同的天线阵上多个频段的系统;
●满负荷的多载波系统;
●高负荷的高密度/业务量基站;
●宽带接收滤波器;
●复用天线阵;
●越来越宽的信号带宽5 M Hz, 10MHz, 20 MHz等;
●体系架构老化–主要是腐蚀的或松的连接头;
●由周围环境导致的环境二极管效应;
●由干湿天气条件造成的间歇、时断时续的环境二极管效应;
●邻基站产生无源交通。
一个现场的无源互调测量应当是一个线性度测量和建筑质量测量的综合。这就是为什么必须要在现场测量无源互调的原因。
无源互调现场测试与定位方案
为了测试基站的接收机干扰是否受到两个或者多个发射频率的无源互调干扰, 安立公司开发了专用于测量无源互调的无源互调分析仪PIM Master。安立公司针对移动通信CDMA频段、E-GSM频段、P CS和AW S频段推出了第一代高性能无源互调测试系列解决方案PIM Master, 包括MW8208A, MW8209A和MW8219A, 分别覆盖中国移动, 中国联通和中国电信运营频段的无源互调测试。
安立公司具有40瓦发射功率和已获得专利的无源互调故障点定位 (Distance-to-PIM, DTP) 技术的PIM Ma ster是专为现场查找无源互调问题、快速定位无源互调问题的而设计的方案。
安立公司开发并发明的精确定位无源互调故障源的技术, 称为无源互调故障点定位 (即DTP) , 为安立无源互调分析仪PIM Master的特色功能。工程维护人员不用再浪费时间敲击铁塔试图定位无源互调故障源, 如果无源互调来自于天线系统或者周围环境也不用再犹豫不决, 在几秒钟内, 无源互调故障点定位技术可以测量天线系统内和天线系统外的所以的静态无源互调故障问题的相对幅度大小和故障。只有无源互调故障点定位技术才能发现的无源互调故障包括:污染了的连接头, 腐蚀的连接头, 扭矩过大的连接头, 存在微观电弧的连接头, 天线系统外的无源互调问题。无源互调故障点定位测试相对于传统的无源互调测试来说提供了更多的洞察力, 这些获得的定位信息可以加速问题源的修复, 控制问题源的修复成本, 帮助制定精确的预算计划等等。比较不同时间PIM的测试值变化, 可以观察器件是否随着老化而性能恶化, 这可以使得PIM源在升级为导致掉话或阻塞的故障之前被修正。
无源互调是对功率敏感的。现今基站发射塔承载的功率越来越大, PIM Master对此专门为测量无源互调量身设计了2 x 40瓦的射频功率特色功能, 能发现更多的传统20瓦无源互调测试仪发现不了的无源互调问题。无源互调问题对功率敏感且可能是间歇时断时续的, 无源互调问题刚刚开始出现并表征的时候经常就是这样的情况。这可能是由于轻微的腐蚀, 高业务量的负荷, 或者天气条件的变化导致了环境半导体等。使用高的功率电平经常可以使时断时续的故障变得可以观察。高的功率电平对发现多载波天线系统中的故障来说是必要的, 对于发现连接头中的在显微镜下看到的缝隙形成的微观电弧也是必要的。
安立无源互调测试方案能完成测量功能可列举如下:
(1) 无源互调测试:发射信号的3阶, 5阶, 和7阶互调产物绝对幅度和相对幅度, 如图1。
(2) 噪底电平:基站的接收噪底电平, 如图2。
(3) 无源互调故障点定位:系统内和系统外的多个无源互调问题故障源一次性定位 (距离和相对幅度) , 如图3。
(4) 配套的安立手持高性能仪表为可完成频谱测量、基站信号质量监测、各种通信制式的信号解调/射频测量/空中接口测量功能、基站系统内部单元故障排查、基站系统外部干扰排查与干扰定位、室内与室外信号覆盖、多信道扫描、基站功率监测等功能。
典型测试案例与结果分析
以下案例均来自于安立无源互调分析仪PIM Master在客户外场测试中的实际现场测试结果。
1. 线缆腐蚀受损引起的无源互调问题定位
在某基站外场的实际测试中, 检查某根馈线, 其PIM值为-62.6dB如图4。采取安立专利特色功能DTP进行无源互调定位, 定位在约22米, 结果如图5。
此处位于基站塔上, 工程维护人员至约22米处寻找故障, 发现如图6所示线缆腐蚀破损, 此故障系施工质量造成的线缆外皮划痕, 由于日晒雨淋腐蚀造成了线缆内部受损, 造成的故障。
类似的线缆腐蚀受损问题, 由于在基站塔上, 如果不采取安立极具特色功能的无源互调故障定位技术手段, 采取纯敲击人工手段, 几乎不可能定位和排查到。工程维护人员不用再浪费时间敲击铁塔试图定位无源互调故障源, 只有无源互调故障点定位技术才能发现的静态无源互调故障包括:污染了的连接头, 腐蚀的连接头, 扭矩过大的连接头, 存在微观电弧的连接头, 天线系统外的无源互调问题。无源互调故障点定位测试相对于传统的无源互调测试来说提供了更多的洞察力, 这些获得的定位信息可以加速问题源的修复, 控制问题源的修复成本, 帮助制定精确的预算计划等等。
2. 天馈系统中无源器件质量不合格造成的无源互调问题定位
在某基站外场的实际测试中, 检查某根馈线, 其PIM值为-76.8dB, 如图7。采取安立专利特色功能DTP进行无源互调定位, 定位在约7.8米, 结果如图8。此处位于馈线和掉线的连接处上, 工程维护人员至约7.8米处寻找故障, 发现如下避雷器, 拆除该避雷器后, 发现故障消失, 如图9。
类似的无源器件质量问题导致的无源互调故障还很多, 在我们的实际现场测试中, 存在有无源互调故障的器件有功分器、避雷器、3dB电桥、双工器等等。这些器件的老化或者质量问题是实际基站无源互调故障的潜在来源, 比较不同时间PIM的测试值变化, 可以观察器件是否随着老化而性能恶化, 这可以使得PIM源在升级为导致掉话或阻塞的故障之前被修正。
3.天馈系统中各种连接接头造成的无源互调问题定位及测量功率的大小
在某基站外场的实际测试中, 检查扇区1的某根馈线, 若用20W功率测试其PIM值得到-85.8dBm, 但用4 0 W功率进行测试, P I M值为-69.1dBm, 如图11。
采用DTP定位, 结果又发现约2.8 4米处有故障, 遂到约2.8 4米处 (连接馈线的接头处) 检查故障, 发现该接头存在锈蚀现象, 如图12, 更换接头后, 再次测试, 故障消失。
在本案例中还需特别注意, 由于一开始是采用20W功率测试, 检测出来PIM值为-85.8dBm, 看似正常;但其实由于未能采用基站真实的40W发射功率测量, 因此测试出来的结果不真实。那么测量无源互调到底要采用多大的输入功率呢?或者说多大的输入功率能满足对基站测试的要求呢?从应用的角度, 测试仪表的输入功率应与被测实际应用的环境 (即基站发射功率) 相一致, 即取实际应用中基站可能通过的最大功率, 才可能测量得实际应用中真实的无源互调值。
类似的连接器接头问题导致的无源互调故障在实际现场测试环境中存在很多, 有的是连接头扭矩不对, 有的是连接头质量问题, 有的是连接头松动, 还有的是连接头存在打滑等, 无源互调故障点定位技术能准确定位发现连接头不好的情况造成的无源互调故障, 便于调整连接头的连接状况或者更换连接头。这些连接头的老化或者质量问题是实际基站无源互调故障的潜在来源, 很多连接头的故障来源于不好的施工质量或者天长日久的松动及老化, 比较不同时间PIM的测试值变化, 可以观察连接头是否随着老化而性能恶化或者是否随着时间而松动。这可以使得PIM源在升级为导致掉话或阻塞的故障之前被修正。
小结
安立无源互调测试解决方案具有以下独特的特色:
1.具有20瓦到40瓦的射频发射能力, 可根据实际情况调节发射功率。使用高的功率电平经常可以使时断时续的故障变得可以观察。高的功率电平对发现多载波天线系统中的故障来说是必要的, 这可以使得PIM源在升级为导致掉话或阻塞的故障之前被修正。
2. 无源互调故障点定位技术, 能够定位无源互调故障定位和相对幅度以及系统内部和外部的无源互调故障。无源互调故障点定位技术在运营商的现场测试中已经被广泛的应用并取得了良好的结果, 无源互调故障点定位测量结果显示了天线系统内无源互调问题的定位, 也显示了天线外系统外部无源互调源的距离。这在从现场无源互调测试中获得的信息质量来说已经取得了了难以置信的进步了。
浅析雷达接收机的互调干扰 篇3
随着雷达接收机的通信技术的快速发展, 雷达接收机的集成度越来越高, 体积越来越小, 使用效率也大大提升。不过由于雷达技术的运用越来越广泛, 不可避免的会产生电磁波之间的相互干扰。雷达的无线电设备之间的干扰主要是互调干扰、谐波干扰以及邻道干扰, 而其中的互调干扰又是最难以解决的问题。
互调干扰产生是由于无线电设备电路的非线性造成的, 这种非线性电路会产生不可避免的会产生电磁波之间的互调干扰。其主要分为无线电接受设备的互调干扰、发送设备的互调干扰以及外部设备的互调干扰。当然由于非线性电路的不同, 互调干扰还分为三阶互调干扰以及多阶互调干扰。在实际情况下, 这些互调干扰的影响不尽相同, 不过雷达接收机的三阶互调干扰危害最大。
雷达接收机互调干扰产生的原因是在雷达的接收电路的前端同时接收到了两个或者多个具有互调关系的电磁波信号。由于这样的互调信号之间相互影响会产生诸多的干扰信号硬性雷达接收机对信号的准确判断, 同时这些互调信号会可能还会改变雷达接收到的有用信号的频率和振幅, 严重影响信号传输的质量和准确度。
既然互调信号的危害如此之大, 又该如何对其进行有效的处理呢?实际工作中首先需要对这些互调信号进行分析, 掌握其频率和振幅情况, 然后通过一定的滤波器过滤这些干扰互调信号。
1 互调信号的产生机理
当雷达接收机的接收端同时接收到了两个或者两个以上的可以互调的信号, 借助雷达接收机的非线性放大电路, 互调信号之间就会产生互调干扰效应。这些互调干扰信号产生很多是随机的, 不过信号是矢量, 其理论上在各个方向上都会存在分量, 因此只要这些随机产生的干扰信号在有用信号的方向是有分量, 那么就会改变有用信号的幅度, 带来信号的失真。
例如, 当一个非线性的信号的输入函数:
我们假设输入信号是由三个子信号组合而成, a0, a1, a2, a3, …等别是各自信号的系数, 雷达接收器晶体管的电压为:
将 (2) 带入到 (1) 式子就可以认为是将当这些非线性的信号被雷达接收机接受之后, 通过非线性放大器放大之后的情况:
显然最终会形成互调信号, 只是这样的互调信号及其复杂。不过我们可以假设w1为雷达正常接收的有用信号的角频率, 那么我们可以清楚的看到, 在第三阶互调信号的频率2w2-w3、2w3-w2、w2+w3-w1极有可能课有用频率相等, 令2w2-w3、2w3-w2、w2+w3-w1等于w1, 就可以得到非常不同组合的w3、w2, 任何一个组合就可能产生和有用频率相等的干扰信号。
2 如何有效抑制雷达接收机的互调信号
雷达的接受信号通常是高频的, 这也就是说雷达接受信号的频率特征非常明显, 因此就可以在一定程度上根据接受信号频率的不同将互调干扰信号通过滤波器过滤掉。
2.1 滤波器过滤互调干扰信号
滤波器的功能是对信号在特定频率或频段内的频率分量做加重或衰减处理 (保持有用频带、抑制无用频带) 。滤波的要求是不改变 (或同等改变) 有用频带的幅度特性和相位特性。
通常把能够通过的信号频率范围定义为通带, 而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带, 通带和阻带的界限频率称为截止频率。通常滤波器分为:低通滤波器电路 (LPF) , 高通滤波器电路 (HPF) , 带通滤波器电路 (BPF) , 带阻滤波器电路 (BEF) , 全通滤波器电路 (APF) 五种, 处于通带中的信号波会被无条件放行, 也不会改变波的特性, 而处于阻带内的波将被过滤掉。
这也就是说, 如果选择高通滤波器电路 (HPF) , 那么低频的干扰信号就会被滤波器自动衰减掉。我们对高通滤波器电路进行设定, 设定让高频有用信号通过的最低频率, 那么比这个频率高的新高就会顺利通过, 比这低的信号就会衰减掉, 那么通过滤波器的信号都是雷达接收器需要的高通滤波。不过由于互调干扰信号的频率也会存在高频情况, 因此通过高通滤波器电路 (HPF) 并不能完全的过滤掉互调干扰。
2.2 雷达接收器相关电路对互调干扰信号进行屏蔽
上文提到由于互调干扰信号的频率也会存在高频情况, 因此通过高通滤波器电路 (HPF) 并不能完全的过滤掉互调干扰。的确, 这也是实际工作中最让人头疼的地方, 不过没有非常好的办法加以抑制。不过对于雷达接收器, 互调干扰影响的不仅仅是接受器, 雷达设备的很多电路都会受到互调干扰信号的影响, 那么实际中, 这些对互调信号敏感的信号放大电路就会安装信号屏蔽设别, 完全的将有所有信号都拒之门外, 那么这些电路就不会受到互调信号的干扰, 此外由于有用信号对这些电路没有什么作用, 这样的电磁信号屏蔽并不会带来任何的不妥。
3 结束语
通过上文的分析, 我们可以看到通过在雷达接收机上引进高通滤波器电路 (HPF) 可以有效的减少互调干扰对于雷达接受信号的干扰, 但是依然没有办法完全消除影响, 不过接着对于雷达接收机的一些电路进行电磁屏蔽, 可以继续减少互调干扰对雷达接收机信号的影响, 最终把互调干扰的影响降到最低。
参考文献
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测试连接器互调的新方法 篇4
关键词：同轴连接器,无源互调,开路测试,互调计算
0引言
在微波网络中, 同轴连接器是引起互调的主要来源。同轴连接器的非线性特性是引起互调的主要原因[1,2,3,4,5,6]。准确确定同轴连接器的无源互调对整个射频系统设计有重大的意义。目前大多数的连接器生产厂家采用的测试方法都是一起测试两个同轴连接器, 具体办法是根据需要测试的连接器制作一个圆桶状工装, 然后将待测量的连接器的内导体锯短使之与外面的介质相齐平, 将两个连接器的内导体互相连接安装在工装里, 一端接互调仪, 另一端接低互调负载, 测量两个连接器级联的互调值。这种测试方法有三个缺点:
(1) 对不同的连接器要制作不同的工装, 程序比较麻烦, 耗时长;
(2) 这种测试方法是抽样测试, 虽然在工艺或者其他方面保证了互调的稳定性, 但是毕竟不是个个测量, 难免存在漏网之鱼, 这会给用户带来困扰;
(3) 在这种测试方法中, 引入了一个新的接触面, 就是内导体对内导体的平面, 这对测试系统的残余互调会造成影响, 但是很难确定影响的大小。基于传统的测试方法的种种缺点, 本文提出一种新的连接器的互调测试方法——开路测试法。这种测试方法是让连接器的一端开路, 另一端接互调仪。这种方法可以在不破坏同轴连接器的基础上确定同轴连接器的无源互调值。本文首先建立一个连接器的测试模型, 然后根据这个模型, 利用矢量网络分析仪分别测量连接器模型在开路和接负载两种情况下的负载反射系数和源反射系数在不同频率的值。利用这些数据就可以计算出微波无源网络中同轴连接器在网络中开路和接负载两种情况下的互调。最后, 用互调分析仪测量连接器的互调值验证了这种方法的有效性。
1互调测量及产生原因
本文中所有PIM的测量都是采用Jonitcom公司的PIM 分析仪, 外型如图1所示。其简化的测量系统图如图2所示。
该系统中两个大功率载频f1和f2通过双工滤波器发射到DUT, 终端接50 Ω负载。PIM产生的杂散信号在DUT中产生, 并在两个方向传播——“前向”到匹配负载, “反向”到双工滤波器。发射激励信号的频率和被测的IM产物的频率由双工滤波器的TX和RX通道决定。接收机测量反向传播的IM波功率。PIM测试分为两种, 一种是传输测试法, 如图3所示, 另一种是反射测试法, 如图4所示。本文采用反射法测量, 发射功率均为43 dBm。当载频为f1和f2, 测量的IM产物的频率[7,8]为2f1-f2。
研究发现连接器中的非线性失真产生于沿着连接器的方向上的某一个特殊点 (很象适配器上的金属和金属的连接接点) [9]。在这个基础上, 对被测器件分析。DUT非线性产生的IM形成两个电压波:V-DUT为反向传播IM电压波, 它由DUT的反向端面发出;V+DUT为前向传播IM电压波, 产生于DUT的前向端面。如图5所示。电长度lback, lDUT, lfront决定PIM的值。lfront为DUT反向断面到DUT内部第一个非线性点的距离, lDUT为DUT中第一个非线性点到最后一个非线性点之间的距离, lback为最后一个非线性点到DUT前向端面之间的距离。源Vfront和Vback表示出现在DUT端面的测量系统的残余IM以及负载的电长度lload和负载阻抗Zload。不同的电长度lback, lDUT, lfront也对应着不同的反射系数, 为了便于分析, 引入图6的模型[10]。源反射系数, 负载反射系数包含的信息不但表明了被测器件的各种电长度, 还表明了在不同负载下的匹配状态。
通过上面的讨论, 所有IM源的电压在相位上叠加, 在点源上形成的V (i (t) ) 可以用N级泰勒级数近似表示[10]:
那么PIM产生的功率的表达式为[9]:
式中:
2测量数据与计算数据的对比
为了验证该方法的有效性, 本文给出了两个频段的PIM值的计算与测量结果对比。
频段1:800 MHz的通信系统的发射频段为869～894 MHz, 接收频段为824～849 MHz。如图7所示。
同理得到第二个频段:1 800 MHz通信的发射频段为1 805～1 880 MHz, 接收频段为1 730～1 880 MHz。如图8所示。
在800 MHz频段内, 测量的接50 Ω负载的PIM值的范围是-69.3～-70.5 dBm, 差值为1.2 dB, 计算的接50 Ω负载的PIM值的范围是-68.8～-69.5 dBm, 差值为0.7 dB, 可以得出计算和测量的值相差很小。测量的开路状态的PIM值的范围是-88.4～-89.2 dBm, 差值为0.8 dB计算的开路状态的PIM值的范围是-88.1～-89.1 dBm, 差值为1 dB。接负载和开路, 两者PIM大约差19 dB。
在1 800 MHz频段内, 测量的接50 Ω负载的PIM值的范围是-119.1～-120.0 dBm, 差值为0.9 dB。计算的接50 Ω负载的PIM值的范围是-118.1～-120.0 dBm, 差值为1.9 dB可以得出计算和测量的值相差很小。测量的开路状态的PIM值的范围是-109.0～-109.9 dBm, 差值为0.9 dB, 计算的开路状态的PIM值的范围是-109.8～-110.5 dBm, 差值为0.7 dB, 接负载和开路, 两者PIM大约差10 dB。
由以上的分析可知, 这种计算方法计算出来的PIM值和真实的PIM值十分接近, 并且随频率的变化趋势一致。同时可以看出, 在开路的时候所测量的PIM明显要比接负载的时候所测量的PIM要大, 增大的PIM值是因为匹配不好所造成, 当然, 相同的负载状况在不同的频率下呈现的匹配状态是不一样的。
3结语
本文以连接器模型为基础, 利用负载反射系数, 源反射系数估算同轴连接器在微波无源网络中的PIM失真值。由此得到在不同负载下同轴连接器的PIM值。文中分别计算和测量了在接50 Ω负载和开路两个状态的PIM值。根据计算和测量数据的对比结果, 由负载反射系数, 源反射系数估算同轴连接器在微波无源网络中的PIM失真值与真实测量值很吻合, 这说明了用负载反射系数, 源反射系数估算同轴连接器在微波无源网络中的PIM失真值的方法是有效的。提出了一种新的对于连接器互调的测试方法, 使用这种方法测试时不需要对连接器做专门的工装, 而且可以不做破坏性实验, 实现连接器的个个检验, 而不是传统测试方案中的抽检, 从根本上保证了连接器互调的可靠性, 真正实行了检验的作用。
参考文献
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互调计算 篇5
移动通信基站天线是手机用户用无线与基站设备连接的信息出入口,是载有各种信息的电磁波能量转换器。无源互调(Passive Inter Modulation,PIM)是移动基站天线的一个重要参数,无源互调干扰(PIMI)信号使得移动通信基站的覆盖范围减小、通信信号丢失、语音质量下降、系统容量受限等。因此我们有必要对无源互调干扰进行分析研究,做到提前预防和排除, 减少它对基站天线性能的影响。
本文主要从产品材料选择、结构设计、加工工艺方面进行分析和改善,减小无源互调的影响,以期获得低互调的天线产品。
1无源互调产生的原因
无源互调是指由无源部件的固有非线性特性引起的电磁干扰,基本的PIM现象是由电流流过非线性部件产生的,在通信系统中基本上有2种无源非线性:材料非线性和接触非线性。前者指具有非线性特性的材料,后者指具有非线性电流/ 电压行为的接触,如松动、氧化和腐蚀等金属连接,因此基站特性中无源互调的产生不仅与材料特性、涂覆材料特性、结构形式有关,还与成型工艺质量有关。
基站天线结构中有同轴电缆、射频连接器、滤波器、功分器、多种不同材质的金属零件,压铸、拉挤、机加等不同的成型工艺,天线装配过程存在的固定连接、焊接,操作环境中的灰尘、油污等,这些都有可能产生固有的非线性。
2基站天线无源互调分析及预防
在基站天线中,材料选择、结构设计的受力分布、连接紧密性、电镀工艺和零件成型工艺质量等方面对无源互调都有影响。
2.1材料对无源互调的影响及预防
材料对无源互调的影响主要有:(1)铁磁和碳纤维材料对无源互调的影响。铁磁材料(如钢铁、镍、钼等含磁性的材料)导磁率变化造成的非线性。碳纤维材料(如玻璃钢)存在非线性电阻系数。(2)两接触元件材料间的电位差过大对无源互调的影响。当两种不同金属互相接触后,逸出功较小的金属由于失去电子而增高电势,逸出功较大的金属由于增加电子而降低电势,两者之间就呈现出电位差。两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀,又称接触腐蚀或双金属腐蚀。发生接触腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀,而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。
表1为常温下的金属标准电化学电位系列。
为防止接触腐蚀,应选择在工作环境下电极电位尽量接近的金属作为相接触的电偶对;减小较正电极电位金属的面积, 尽量使电极电位的金属表面积增大;尽量使相接触的金属电绝缘,并使介质电阻增大。
2.2结构设计对无源互调的影响及预防
2.2.1天线结构
图1为某基站天线结构示意图。天线总体安装方式为:底板与支承座、角板采用螺栓固定连接在一起,支承座又与天线罩、安装板采用螺栓固定连接在一起,形成整体结构。从电磁角度来说,支承座布置在底板背面,射频电流密度很小,对互调的影响不是主要因素,但产品互调检测时却在支承座的部位发现有较大的影响,这说明一些不规则的变形会造成电气元件的接触非线性,从而产生无源互调干扰。从图1可知,支承座是连接天线内外部结构的主要零件。下面以底板、天线罩及其组成的安装界面为对象,针对支承座的结构设计和受力分析其对无源互调的影响。
2.2.2支承座力学分析
一般支承座的结构形式如图2所示。从图2可知,支承座与天线罩侧和底板侧安装平面间的平行度取决于折弯角度的选择(折弯后回弹的补偿是否合适)和材料厚度的差异及材料的塑性。折弯机折弯一般采用单工序成型,折弯角度在±0.5° 范围内是正常的,天线罩侧安装面相对于底板侧安装面的折弯角度正常可以达到 ±1°,在天线罩侧平行度可以达到 ±0.4mm。按照此值,对支承座的天线罩一侧安装面预置相对于底板侧安装面的平行度为0.4 mm(仅考虑单方向的变化),安装界面力学分析的边界条件如图3所示,结果如图4(应力图)和图5(位移图)所示。
从图4可以看出,当对支承座天线罩侧施加一个0.4mm的预设变形量时(图3,这里仅对安装界面变形的其中一种情况进行仿真,实际情况要比这种假设复杂得多),底板上的应力将重新分布,由正常的0.077MPa变化到4.39MPa,变化程度达到2个数量级,虽然应力整体比较小,但从对应的位移图(图5) 可以看出,底板产生的变形最大有0.367mm,基本接近对支承座预设的变形量0.4mm。
2.2.3无源互调分析
一般电气类元件(振子、功分器、滤波器等)直接安装在底板上,只在底板局部造成塑性变形以满足电气连接的紧密接触的需要,除非各元件之间距离太近,一般来说,各处的塑性变形之间不会产生相互影响,但支承座处的连接紧固后,底板平台(含所有电气类元件与网络)与天线罩便形成一个系统,支承座安装不但会导致其对应安装部位的底板局部塑性变形,还有可能导致底板平台产生复杂的扭曲变形(图4、图5),这种变形会对其他处的接触质量产生影响(因为变形一定是需要释放的), 从而影响互调。以天线下端为例,因为支承座两安装平面所受作用力不共线,会形成转矩(图6),转矩的方向视作用力的特点不确定,也就是说,天线的几个支承座对底板平台产生的转矩大小、方向实际上是不一致的,底板平台将产生不规则的变形来释放这些转矩产生的影响,而这种不规则的变形造成电气元件的接触非线性,从而产生无源互调干扰。
2.2.4结构设计改善
如果仅从设计实现的角度看,支承座的结构形式具有多样性,但如果将底板平台作为一个系统进行考虑,每个元件处的接触质量就会受到系统的力学特性的作用而发生变化。互调测试时敲打天线可以发现互调有明显变化的实践是个佐证。 底板平台和天线罩之间的连接或与外部设备的连接将对底板平台进行作用,该种作用会导致底板变形,而这种变形将会使得其上各处的安装界面的接触质量重新分布。所以,我们在进行结构布局和零件设计时,应该进行系统考虑,努力从结构上消除或减弱导致底板变形的附加作用。可以采取以下改进方式:(1)尽可能消除通过支承座安装在天线宽度方向对底板产生的附加转矩作用,如果受设计空间所限,支承座处存在附加转矩时,也应尽可能将该转矩设置在天线长度方向,这样可以减弱转矩对其他安装截面接触质量的影响。(2)可以改善成型工艺。将普通折弯机折弯成型改为钣金冲压成型,安装平面之间的平行度通过折弯模保证;将折弯成型改为压铸成型;将折弯成型改为拉挤成型,安装平面间的平行度通过铝合金拉挤模具保证,必要时可以通过机加来保证,但会增加成本。
2.3螺钉紧固对无源互调的影响及预防
金属连接固定紧密性在以下方面会对无源互调稳定性产生影响:(1)金属连接不紧密,造成金属表面接触不良。(2)金属连接处有污物、因涂覆形成的“电容现象”→金属→绝缘物→ 金属连接物的存在。(3)射频连接器连接的紧固状态,连接器件之间连接不够紧密,导致信号电流不连续。
基站天线内的无源器件如移相器、滤波器、功分器等部件的腔体材料大多为锌合金或铝合金压铸件,与其配合使用的大多为M3、M4螺钉。下面从不同材料腔体滤波器采用不同大小的螺钉紧固性对无源互调稳定性的影响进行分析。
螺钉质量保证:(1)螺钉与螺纹孔的配合要求。需按GB/ T197—2003《普通螺纹公差》进行选择,如表2所示。(2)螺钉螺纹尺寸要求。用千分尺测量螺纹大径,螺纹尺寸均需满足表2的公差范围,用螺纹塞规和螺纹环规进行检测,螺钉均满足M4.0×0.70-6g要求,全部保证螺纹环规通规通、止规止。 (3)螺纹底孔要求。要严格控制螺纹底孔的大小,可以适当修改螺纹孔的选用等级;在不同材料的压铸锌合金和压铸锌合金的零件上加工螺纹,采用的加工底孔不同。M4螺纹采用3.4底孔,M3螺纹采用2.5的底孔。(4)螺钉拧入力矩控制。在不同材料上的力矩要求如表3所示。
单位:N·m
不同大小的螺钉紧固性交调数据对比:采用3种结构及2种材料的滤波器,B频单层(材料为锌合金)、K频单层(材料为锌合金)、BK双层(材料为铝合金)进行试验。数据如图7和图8所示。
从图7和图8的对比结果可知,不同结构、不同材质、不同频段的滤波器采用M4螺钉的交调稳定性优于采用M3螺钉。 因此在选用紧固件时,在保证螺钉尺寸公差、螺纹底孔尺寸、扭矩大小的同时,应选用直径大的螺钉来提高交调的稳定性。
2.4电镀对无源互调的影响及预防
(1)金属零件电镀的镀涂材料选择不合适,如镀镍、含磁性材料。(2)镀层厚度不均匀,存在未清洗干净的电镀溶液,有镀层起泡、脱落等不良现象。(3)由于肌肤效应,零件在镀银、镀铜、镀锡时最好选择镀层厚度6μm以上。(4)铜基材电镀纯锡会生长“锡须”引起微放电而产生无源互调。“锡须”的产生是由于锡与铜之间相互扩散,形成金属互化物,致使锡层内应力的速度增长,导致锡原子沿着晶体边行扩散,形成“锡须”,同时电镀后电镀层的残余应力和在高温、潮湿的环境下,都易导致 “锡须”的生长。防止“锡须”的产生有以下措施:1)采用在镀液中增加铅,如镀铅锡(液中加入3%~5%的铅)合金与有铅焊接;镀锡(铋)铈合金与有铅焊接,可延缓“锡须”的产生,但不环保。2)镀锡后再次通过表面防护,如喷、刷“三防”涂料、专用防护液(DJB-823)等,可延缓(2~3年)“锡须”的产生,但镀层厚度不均匀。3)通过消除应力,如将产品在150℃下烘烤2h退火处理;零件电镀、焊接后去应力处理后,存放在干燥、通风环境中等,可延缓“锡须”的产生。
2.5零件成型工艺质量对无源互调的影响及预防
基站天线多数的辐射单元、功分器采用压铸工艺成型,因压铸工艺本身导致零件带有如微小裂缝、缩孔、砂眼、气泡、毛刺等缺陷,引起微放电而产生无源互调,因此需提高压铸工艺的质量,减少零件中的砂眼,增加致密性。此类零件通常需要焊接,而光滑表面产生的互调产物电平低于粗糙的焊接表面, 因此需要提高压铸件表面的质量,保证表面粗糙度小于0.4μm,且表面不得有斑点、凹坑、锈蚀、碎屑等杂物,以减少成型工艺对无源互调的影响。
3结语
互调计算 篇6
民航事业的快速发展对无线电通信的质量提出了越来越高的要求。一旦管制通信因无线电干扰发生断续、中断、失效等现象, 极易酿成飞行事故。高频通信设备现仍然在使用, 在民航飞行中仍起着一定的作用, 无线电互调干扰现象依然存在, 同时也给航空无线电通信管制任务造成了困扰和不便。因此, 解决和预防高频互调干扰等无线干扰问题成为时下航空空中管制高频通信系统面临的一大问题。
1 互调干扰的产生及分类
无线电通信过程中, 接收机往往会接受到两个或多个干扰信号, 如果这多个干扰的组合频率接近有用信号频率, 那么干扰信号则会无阻碍地通过接收机端, 并对通信信号产生一定的干扰, 这种现象称为互调干扰。无线电通信干扰一般可分为7种主要形式。但互调干扰可以说是其中最为常见和严重的干扰, 其主要发生于变频电路或高频率放大电路。
按产生的途径可将互调干扰分为三种主要类型。即发射机的互调干扰、接收机的互调干扰和外部效应产生的互调。首先, 当信号侵入发射机时, 发射机末端上功率放大器由于非线性作用, 导致干扰信号和有用信号之间产生相互调制, 形成更强的干扰, 这种干扰将其定义为发射机的互调干扰。其次, 接收机同时接收进入互相调制状态的多个通信信号, 因其上的高频率增益设备和混频装置的非线性频率变换作用, 使多个无线电信号发生相互调制形成干扰, 定义为接收机的互调干扰。最后一种是外在效应产生的互调干扰, 多因诸如高频率滤波装置、电路元器件发生接触故障。这导致电磁场的发出信号发生互相调制, 产生干扰。但这种互调干扰现象发生概率相对较小, 实际操作中尽量排除插接部位的接触不良故障便可以有效避免其发生。故主要讨论分析前两种常见互调干扰现象。多信道共用一副天线振子的现象在民航高频共用天线系统较为常见, 但往往导致发射机互调干扰。这是由于缺乏足够的合路器系统隔离度, 相邻信道的信号发生相互耦合并发射回发射机的末级, 产生干扰作用。相反的, 如果共用天线设备中未共用一副天线起振子, 那么多信道间的互调干扰取决于接收机互调。
2 互调干扰的危害
互调干扰一直是民航通信系统的一大难题。互调干扰往往会造成无线电通信信号失真, 进一步发生通讯中断、通讯失效等通信故障, 使飞行人员与空中交通管制人员无法正常通信或失去联络, 从而发生飞行事故。
2.1 对发射机的危害
正常情况下, 调试后的发信机的工作频率会被设置成输出电路最佳的谐振状态。此刻, 电流大小则处于最小值功耗最小。一旦受到互调干扰, 电路工作发生紊乱, 元器件持续发热厉害, 发信机更易发生破坏性故障。
2.2 降低有效功率
发射功率并不只是单纯的有效主频功率, 而是全部频谱能量的总积分。其包含有效主频功率和互调产物功率两大部分。也就是说, 无用的互调产物功率越大, 总功率的负担和消耗越大, 而发射机的效率必定更低。
2.3 扰乱空间电磁波秩序
互调干扰极易导致空间电磁波秩序紊乱现象。一台发射机产生的互调干扰会与其它发射机发生二次互调, 产生一种新的互调产物。而这种新的互调产物又可与第三台其它发射机发生新的互调。经过多次的互相调制作用, 产生大规模的无序频谱能量即背景噪声, 发生空间电磁波秩序紊乱。
3 互调干扰的应对措施
我们主要从高频互调干扰形成的三大要素 (即非线性电路、干扰信号进入非线性电路、互调分量的频率接近接收机信号频率) 着手, 采取以下方法措施应对高频互调干扰。
3.1 减弱发射机互调干扰应采取的措施
前文已经提到, 当信号侵入发射机时, 发射机末端上功率放大器由于非线性作用, 导致干扰信号和有用信号之间产生相互调制, 形成发射机互调干扰。故可从发射机端着手改善互调干扰。一是技术改良发射机的末级功放性能, 增强线性动态范围。二是重现调整天线馈线和发射机规格, 进行匹配。三是因三阶互调的严重性, 尽可能避用三阶的频率组。最后, 在民航的高频通信发射装置的尾部插上单向隔绝设备等隔离组件和设备, 屏蔽外界的干扰信号。
3.2 减少接收机互调干扰应采取的措施
接收机高频互调干扰亦会极大损害通信系统。首先, 在设计通信系统时选择多级的调谐电路回路, 降低高频率放大系统周围的干扰强度。第二, 选择通过更高性能的器件, 尽可能降低接收机的射频非线性, 调整接收机的互调参数。第三, 在设计时, 将信号衰减器嵌入接收机的前端, 削弱互调干扰现象。
3.3 减少无源互调干扰应采取的措施
尽量排除插接部位的接触不良故障便可以有效避免无源互调干扰现象的发生。例如检修当发射机上高频滤波器、天线馈线等插接件的接触情况, 检测发射机天线螺栓有无发生锈蚀现象, 进行适当的防锈工艺。
4 总结
高频互调干扰等无线电干扰给民航地空通信的通信质量和飞行的可靠性带来的危害极其严重的。一旦航线途中因无线电干扰发生通信故障, 飞机和地面管制中心失去联络, 轻则出现航道方向偏差, 重则酿成飞行事故。今年来发生的多起飞行通行故障已给我们敲响了警钟。运用科学合理的应对措施和方法, 牢牢将高频互调干扰的影响削弱到可控制范围内, 确保高频多信道通信系统的稳定运行, 保障航空飞行安全。
参考文献
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[4]冉耀.民航甚高频互调干扰的影响及解决办法[J].空中交通管理, 2010, 5, 15 (5) :24-26.
互调计算 篇7
1 互调干扰的分类
在无线电干扰当中, 主要分为同信道干扰、信道干扰、带外干扰、阻塞干扰、互调干扰等, 其中, 互调干扰又是无线电干扰当中最为严重的, 也是值得我们注意的主要干扰之一。民航通信的互调干扰主要是因为电路的非线性, 根据产生的位置差异性, 我们可以将其分为发射机互调干扰、接收机互调干扰以及外部效应引起的互调干扰。以下, 就三种类型的互调干扰进行了具体阐述。
1.1 发射机互调干扰
由于RF共享器件以及其余信道的发射信号被融合到了发射机的末机和本机之中, 在功放电路当中, 由于相互的调制, 发射信号就会产生出新的频率组合, 随着有用的信号一起发射出去, 这样就会对接收机产生一定的干扰, 这一类型的干扰就称之为发射机互调干扰。
1.2 接收机互调干扰
在接收机的前端电路当中, 接收机被两个偏离了接受频率的干扰信号同一时间侵入, 由于变频器的非线性以及高频放大器的非线性, 在调制的时候就会产生互调频率, 而互调频率落入到了接收机频带之中, 我们就将这样的干扰称之为接收机互调干扰。
1.3 外部效应引起的互调干扰
由于馈线接头、天线以及其余节点本身接触不良, 或者是因为异种金属的接触部分所引起的非线性原因, 在强射频电场中就会出现检波作用, 那么在发射机发射端传输电路就有互调干扰的存在。这一类干扰称之为外部效应互调干扰。但是这一类干扰本身所具备的复杂性, 随着气候变化、天气变化、干燥、潮湿、白天或者是黑夜, 其干扰程度都会有所变化, 甚至是上午和下午的干扰程度都会有所差异。
2 确保民航通信安全的互调干扰应对措施
为了降低互调干扰, 确保民航通信整体的安全性, 就应该针对上述互调干扰分类当中所提到的互调干扰类型, 采取针对性的措施, 将其互调干扰的问题加以改善。
2.1 采取措施减弱发射机互调干扰
当发射机被信号侵入的时候, 由于非线性作用, 发射机末端上的功率放大器就会让有用信号与干扰信号之间产生相互的调制, 为了改善这一问题, 就可以从发射机入手, 来进行针对性的改善。 (1) 将发射机末级功放的性能进行技术改良, 增加线性的动态范围; (2) 将发射机规格以及天线馈线规格做好重新的调整, 进行相互的匹配; (3) 由于三阶互调的严重性, 就应该做好三阶频率组的尽可能避用; (4) 可以单向隔绝设备等阻离组件以及设备插在民航高频通信发射装置的尾部, 这样也可以将外界的干扰信号加以屏蔽。
2.2 采取措施减少接收机互调干扰
通信系统因为接收机高频互调干扰会受到极大的损害, 为了避免通信系统受损, 就需要做到:第一, 在通信系统的设计环节, 尽可能地选择多级的调谐电路回路, 将高频率放大系统周围的干扰强度降低;第二, 在器件的选择上, 尽可能选择拥有高性能的器件, 将接收机射频非线性降低, 做好接收机互调参数的调整;第三, 在设计当中, 在接收机的前端需要嵌入信号衰减器, 这样才能进一步削弱互调干扰。
2.3 采取措施减少无源互调干扰
为了避免无源互调干扰现象的出现, 应该将插接部位接触不良故障的情况排除。比如:在对发射机上的天线馈线、高频滤波器等插接件的接触情况进行检修的时候, 就应该确认其天线螺栓是否出现了锈蚀的情况, 并且还应该做好适当地防锈处理。
2.4 关闭干扰源
随着现代社会的不断发展, 周边产生的电磁环境也变得日益复杂, 在监测无线电的时候, 偶尔也会听到电台的干扰信号。通过分析测向定位以及监听两种手段, 就可以将干扰源查找出来, 将非法电台关闭, 这样也有利于互调干扰的降低, 确保整体的安全不受到干扰源的影响。
3 结语
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