无源互调效应实验论述

1无源互调效应的测试方法

依据无源互调的定义，无源互调产物的测试方法基于双载波馈入原理[9]，如图2所示.由于引起无源器件的非线性为弱非线性，PIM产物的功率电平通常较低，对待测件的PIM测试对测试系统自身提出了低PIM特性要求.PIM测试采用澳华测控技术有限公司自主开发的专用PIM分析仪进行测试，分析仪型号为PIM900S和PIM1800S，残留互调电平典型值为－125dBm.

2实验结果及讨论

2.1载波特性对PIM的影响研究表明，PIM产物的功率电平随输入载波功率的增加而增加，但是增加的斜率可能随测试器件及PIM产物的阶数不同而有所差异.对这一指标进行测试，理论上有利于探索产生非线性的物理机制，因为不同的非线性物理机制具有不同的非线性特性；工程上则有利于在大功率通信系统的设计与实现中考虑PIM的限制因素.图3给出了微带线的3阶PIM产物随输入功率变化的典型测试结果.线性拟合结果表明，输入载波功率每增加1dB，则PIM产物增加约2.7dB.这一测试结果与根据公式（1）的理论预测值3dB较为接近[7].除载波功率之外，还测试了不同载波频带下的PIM变化.微带线的一个显著特点是能够在较宽的频率范围内对同一待测器件进行PIM测试，当前，关于载波频率对PIM的影响鲜有报道[7,10].由于载波频率对介质材料的介电特性[8]、金属材料的趋肤深度等因素有较大影响，故理论上PIM特性必然随所加载波频率变化而变化.图4所示测试结果证实了这一点：2#板3条微带线的测试结果表明900MHz频段的测试结果明显高于1800MHz.然而，尚不能据此断言频率较低时PIM较大，有待进一步研究.

2.2微带传输线长度对PIM的影响

基于非线性传输线方程和电热耦合理论的分析表明，微带传输线的长度对PIM有较大影响，这主要是因为微带线的分布非线性具有累积特性所致[11].利用电热耦合理论[7]对微带线PIM受长度影响的规律进行了计算，结果见图5(a).长度对PIM的影响呈现出一定的周期性，但也呈现出PIM随线长增加而增加的趋势，且与频率关系较大.实际上，由于微带线的非线性特性具有分布特性，从而导致载波在每一段传输线上均有产生PIM.这样，随着载波的行进，PIM会产生相应的累积现象.而PIM随微带线长度变化周期性地出现极小值（周期为半个波导波长），预示着通过优化微带电路中微带传输线的长度可实现PIM性能的改善.图5(b)给出了3#板上不同线长的PIM测试结果：不论是在900MHz还是在1800MHz频段，PIM均随线长增加而增加（图3、4中给出的结果也符合这一趋势），从而在一定程度上证实了理论预测的合理性.

2.3微波介质材料对PIM的影响

图6给出了2#板和3#板在900MHz及1800MHz频段的PIM测试结果，图中以介质板的相对介电常数及线编号区分各条测试曲线，例如：3.5-1表示2#板的line-1.与图3中给出的1#板的测试结果进行对比可见，尽管2、3#板上的微带线长度更长，但1#板的PIM明显大于2、3#板.造成这种现象的原因是：聚四氟乙烯板具有比复合介质板更大的热导率且厚度更薄（见表1），因而能更好地散热，从而降低了电热耦合效应，导致更低的PIM.值得注意的是，图4和图6的测试结果均显示900MHz频段的PIM电平总体上高于1800MHz频段.这一实验现象与公式(1)、(2)预测的“PIM产物功率电平与载波频率成正比”这一理论规律相矛盾，初步推测，当金属非线性影响较弱时，介质材料的非线性特性[12]影响已经不能忽略，这里不做具体理论分析.

3结论

从实验角度研究了载波输入特性、传输线几何结构参数、电特性参数对微带传输线PIM性能的影响规律.研究结果表明：输入载波功率每增加1dB，微带传输线的三阶PIM产物功率约增加2.7dB，同时载波频率对PIM有一定影响；由于分布非线性的累积性，PIM随传输线长度的增加而增加；热导率高的聚四氟乙烯板材具有比复合介质板材更优良的PIM性能.所得实验规律与已有理论结果较为一致，且为高性能微波集成电路设计与实现提供了一定借鉴.

作者：叶鸣 肖怡 陶长英 邹小芳 张鹤 贺永宁 单位：西安交通大学电子与信息工程学院 镇江市澳华测控技术有限公司