无源互调（PIM）影响因素及常见问题（二）

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6.2.2 PCB对PIM影响因素总结

（1）PIM值受电流密度的影响与设计的电路有关，电流密度越小，其PIM性能越好。

（2）铜箔表面越粗糙，其PIM性能越差，反之铜箔表面越光滑，PIM性能越好。

（3）线路使用阻焊油和化学锡进行表面处理可以优化PIM，约小4-6dBc。不过化学锡的厚度对于PIM值几乎没有影响，化学镍金的PIM性能较差。

（4）材料结构，尽量避免出现阻抗不连续性，尽可能保持一致的阻抗特性，选用低PIM的材料（如PTFE或PIM材料）。

（5）介质层厚度对PIM影响还需进一步验证。

（6）铜厚越小，互调性能越好，这是因为越厚的铜厚，蚀刻效果越差，蚀刻毛边对互调性能产生影响。

（7）线路蚀刻的毛边/蚀刻因子，蚀刻因子控制≧3.0,毛边越小，PIM性能越好。阻焊前处理建议采用微蚀工艺。

（8）表面油墨厚度,油墨越厚，PIM性能越好。

（6）镀层表面氧化，导电性不好，镀层厚度不够。

（7）含有磁性材料，如铁、钴、镍等。

（8）介电常数温度系数（TCDk，用于衡量Dk随温度变化）,越低越好。

（9）线长从254mm-76.2mm为材料损耗性能最常见的规格,线长254mm,127mm,76.2mm。线长越长，互调值越差。

（10）线宽从2.0mm开始减半直径到0.25mm,可考察驻波差异对互调的影响。线宽缩窄，阻抗增加，反射能量也随之增加，反射能量与入射能量叠加导致能量汇集，最终导致被测线路的温度上升。互调值与温度呈反比，线宽缩窄导致温度升高，从而互调变差。

（11）PCB级要在RF板的微带线两边引入接地，最好不要单纯的只是一根线而不去选择顶层地，测试结果表现顶层地会改善一些PIM。

（12）板内微带线如需要电容，尽量用Q值小的，其选频效果要稍好一些。

6.2.3 PCB制程影响度

项目	PCB制程管控重点	可能影响互调程度
1	药水的成份（含磁性物质）	10dBC
2	曝光影像的粗确度	15dBC
3	蚀刻因子的控制（毛边）	20dBC
4	电镀的板厚均匀性及平整度	20dBC
5	板面氧化（环境）铜面的新鲜度	20dBC
6	防焊油墨制作的厚度均匀性及杂质的管控	10dBC
7	化锡的厚度及焊接吸附的杂质	10dBC
8	PCB开槽孔的粗糙度及线缆结合的紧密度	10dBC
9	FR4制作不能与PTFE制作线在一起	20dBC
10	不允许磨刷（基板前处理使用等离子清洗）	10dBC
11	不允许线路修补	20dBC

 

注：各制程制作的等待时间8小时处理完成，务必保证铜面的新鲜度。

6.3终端互调干扰因素

（1）不可使用钢性或带磁性的螺钉。

（2）谐振器材料选用黄铜，避免使用钢性材料。

（3）电镀表面不可有凹凸的棱角，表面粗糙度应在0.4um以下，不可有凹坑，碎屑等杂物。

（4）电镀如果必须用镍打底，只镀一个薄层或者用无磁性的（磷的）镍。

（5）在低IMD（交调失真）的环境下铁磁材料上面的涂层厚度至少要有4-5倍趋肤深度的厚度（一般>6um），减少接触电阻，最好采用镀银层，但银容易变色，特殊环境需考虑镀金。

（6）避免一些会造成PIM不稳定的松动的结构,尽量采用焊接工艺，焊接后不可有松香及其它污物。

（7）避免不相容金属互相结合，防止产生电化学腐蚀。

（8）选择良性好的弹性材料，进行精细加工和真空热处理，以保证接触件在500次插拔过程中具有稳定可靠的接触正压力和较小的接触电阻。

（9）导体表面不可有斑点和锈蚀。

（10）滤波器类谐振器阻抗最好在77ohm。

（11）金属电阻率温度系数的减小，有利于改善PIM性能。

（12）安装时底层接地良好，SMA接头要焊正且牢固固定。

（12）介质热导率的提高，有利于改善PIM性能。

（13）金属表面粗糙度的减小，有利于改善PIM性能。

（14）微带线长度越长、馈入载频信号功率越大，PIM电平越高；载频频率也呈现出一定影响，900MHz时PIM高于1800 MHz。但电热耦合理论无法解释PIM对频段的依赖性。

6.4同轴转换器互调干扰因素

（1）同轴连接器的外导体由镀镍改为镀三元合金。

（2）同轴探针与调谐柱的连接由螺接改为一体化加工。

（3）同轴连接器的外导体与波导的连接由螺接改为法兰连接。

（4）同轴连接器内的导体由镀金改为镀银。

注：PIM仍有很多因素值得研究

（1）可以分别研究介质、金属特性对PIM的影响，包括：金属材料、厚度、表面粗糙度、介质材料、添加剂、厚度等。

（2）DK、DF、插损、树脂、玻纤、填充剂、导热系数、介厚与PIM的关系。

7无源互调PCB产品材料选择

PTFE电路材料通常是天线和滤波器等PIM性能至关重要的无源器件第一选择。但与其他高频电路材料相比，PTFE价格较高，并且在电路制造过程中需要特殊处理。罗杰斯公司证明非PTFE材料的PIM性能和PTFE基材PCB材料一样好甚至更好，以下为这两支材料的介绍。

“罗杰斯非PTFE材料（例如RO4725JXR和RO4730JXR电路材料）在用于PCB天线时，其PIM性能始终在甚至优于-164dBc的水平。不像PTFE材料需要特殊处理，用这两种材料制造电路却和处理标准PCB材料很相似。在10GHz频率下，RO4725JXR和RO4730JXR的z轴介电常数都很低，分别为2.55和3.0，这对许多微波应用极具吸引力。

PIM性能对PCB天线来说可能很重要，但它也会受其他材料参数影响，例如介电常数温度系数（TCDk，用于衡量Dk随温度变化）。PTFE电路板材的TCDk通常很高。理想情况下，对于户外应用，TCDk应该尽可能低，才有可能将Dk随温度变化降至最低，虽然这对PIM影响并未确定。

从TCDk值可以看出，对着环境温度的变化，RO4725JXR和RO4730JXR电路材料的Dk值极为稳定。RO4725JXR和RO4730JXR的TCDk值分别为34ppm和32ppm，表明其电气性能在很宽的温度范围内保持稳定，并对PIM性能的可能影响也很小。电路材料的稳定性与TCDk值有关。

幸运的是，可以利用这两种非PTFE材料来实现低PIM水平，而无需牺牲电气和机械性能。RO4725JXR和RO4730JXR层压板设计为天线级板材，能够在室温下实现低插入损耗因子（在2.5GHz和10GHz频率下，分别为0.0022和0.0027）。它们属于环境友好的的无卤素材料，符合RoHS要求，可以进行高温无铅处理。

这种非PTFE材料由特制的热固型树脂和独特的填料组成，其中填料由密闭微球构成，从而造成了其重量轻、密度小和PIM低的特点。事实上，这些层压板的重量通常比基于PTFE/玻璃纤维布组合的PCB材料轻约30%。RO4700JXR系列层压板具有出色的机械稳定性。它们具有优于30ppm的z轴热膨胀系数（CTE），实现了设计灵活性：在-55度到288度范围内，RO4725JXR和RO4730JXR层压板得z轴CTE分别为25.6ppm和21.1ppm。

无论是基站天线还是其他无源元件（例如耦合器和滤波器），PIM都必须保持最低水平方能保证系统保持最高的语音、数据和视频通信质量，所以无论电路设计如何仔细，PCB材料选择在很大程度上决定了最终能够实现的PIM。如果考虑户外工作温度范围等其它因素，不难发现，在无线通信系统内实现目标PIM水平要从指定的那种具有低PIM性能PCB材料开始。”

尽管天线具有不同的形状和尺寸，但印刷电路板(PCB)天线形式仍能够在较大程度减小尺寸的情况下保持性能不发生变化。当然，天线(包括基于PCB的天线)必须在设计和加工时确保其具有最小的无源互调(PIM)指标，才能在现在拥挤的信号环境中发挥其最佳性能。

对于PCB天线，尽管低PIM指标主要与天线设计相关，但电路板材料对PCB天线的整体PIM性也有很大影响，所以低PIM天线也需要考虑怎样选择RF/微波电路材料。

8无源互调的一些改善建议

(1)铜箔粗糙度会影响PIM,普通铜箔粗糙度较大，铜箔上表面和下表面粗糙度都会影响PIM。建议使用反转铜箔或低轮廓铜箔。

(2)铜箔厚度会影响电流密度分布，从而影响PIM,低电流分布PIM容易小，尽量选用薄铜箔。

(3)沉锡，镀银都是比较好的PIM表面处理，而含有Fe、Co、Ni之类元素的表面处理会恶化PIM。

(4)尽量多设计一些过孔，降低电流密度，尽量不要用孔走射频信号。做好孔的匹配，降低不连续性。

(5)器件表面的金可以改善PIM,但镀金前先镀的镍会使PIM恶化。

(6)测试时焊接需要完全，虚焊假焊都会影响PIM结果。焊接后的助焊剂需要清洗干净。

(7)元器件尽量免免使用铁氧体材料。

(8)安装时使力矩扳手，结构件的不连续会引起PIM的恶化，但连续性过强，也会影响PIM。

(9)PIM测试常规为141线缆，多次弯折后会有影响，测试前需要验证。

（10）驻波比较差时，对于反射式测量方法的精度会有影响。

（11）屏蔽盒打孔需离走线有3倍走线宽度以上的距离。

（12）接头内导体的金属镀层对PIM有影响，测试前需验证，多次使用需要用酒精擦拭。

（13）在天馈系统中PIM需要使用反射式方法测试。

（14）PCB板材本身的无源互调可通过制作出微带传输线来测试。

（15）PCB测试PIM时，接头和同轴线的PIM误差无法去除，测试时需特别小心，并可通过多次测量结果取平均的方法来降低误差。

（16）测试PCB板材互调时，需考滤DIN头的互调影响，测试前需做验证。

9常见问题

（1）安装时为什么要使用力矩扳手？

使用力矩扳手是为了恰到好处地拧紧接头。力矩大小的设置为：N型的电缆头，设置在7N-M左右；7/16型电缆头，设置在17N-M左右。不要施加过大力矩，如果使用了过大的力矩，那么不平衡的力矩和反转力矩，或对接头的压迫力，会损坏接头本身或其螺纹。

（2）频谱测试中窄带模式与宽带模式有什么不同？

由于频谱仪的动态范围的原因，致使在大信号存在的情况下，宽带模式下无法观察到一些较小的信号，因此我们的窄带模式下对中国移动上行频段外的信号做滤波处理，这样就能观察中国移动上行信号的某些干扰信号。

（3）频谱测试时，选择RBW多少合适？

RBW不同会影响底噪和扫描时间，RBW越小，底噪越低，可以测得的信号小，但是测试时间越长。建议宽带测试用100K，窄带模式测试时，建议用4KHz。

PS:RBW(Resolution Bandwidth)代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异。

（4）我们为什么要测试5阶互调？

从发射频率计算互调产物频率的情况来观察中国移动现有的GSM频段，3阶互调产物未落入中国移动GSM网络的上行频段，但5阶互调落入上行频段中。以目前的行标和国标来定义，所有应用于基站现场的无源器件的出厂指标定义为3阶互调-107dBm@43dBm，但是就以现有形式来看，目前中国移动基站的无源器件只有极其小的比例能达到这个指标，因此我们观察5阶互调，以做到先排除干扰为先。

（5）测试互调时能不能定位到具体位置?

互调目前还不能定位到多少米，这是未来的一个研究方向。

（6）仪表显示屏弹出VSWR告警是什么原因？

VSWR（驻波比）告警功能作用是在互调测试前对测试系统做VSWR检测，如果检测值高于VSWR门限值，则提交VSWR告警提示窗口, 目的是防止因为系统VSWR高导致仪表发射的大功率射频信号对仪表和测试人员造成伤害。原因可能是被测件频率不匹配、被测件故障、没有拧好接头或负载等等。

（7）点频测试结果能否代表整个频带？

可以。在具体某个频带范围内，无源互调电平值不会发生突变，即使变化也是连续变。

（8）为什么多次测试被测件互调值会有差别？

可能是测量误差造成，或是由于外部干扰造成，或是由于互调时间特性导致。互调具有随时间变化特性，目前还没有理论可以直接解释这一现象，不过从连接角度解释可以更好理解，测试电缆与被测件无源器件接头拧紧之后，由于应力缓慢释放导致接触压力发生变化导致，而接触非线性是产生无源互调的一个重要原因，从而导致互调随时间变化。温度和测试环境对PIM的测试影响大，PIM的跳跃非常厉害，只能取最差点作为记录点。 

（9）互调与驻波的区别？

互调产物是两个或者两个以上的频率产生的新信号，反映的是无源器件的非线性程度；驻波比测试时仅发送一个小功率信号，然后用测试仪量测反馈回来的信号幅度，反映无源器件的匹配物性。

（10）互调对通信网络带来的影响？

无源系统产生的互调信号对通信网络而言，是一个干扰信号。互调干扰会使基站接收机的底噪抬升，严重时会使基站接收机达到饱和，严重影响基站性能，造成通信网络容量减小，用户感知度下降。

（11）dBm与dBc有什么不同？

无源互调有绝对值和相对值两种表达方式。绝对值表达方式是指以dBm为单位的无源互调的绝对值大小；相对值表达方式是指无源互调值与其中一个载频的比值，用dBc来表示。例如，由两个+43dBm 信号产生的一个-107dBm 的互调信号，也可以表示为-150dBc@2*43dBm。

（12）无源互调与频率的关系

由于同轴连接器是宽带元件，没有频率依赖性，因此，无源互调其影响程度仅与信道传输功率大小有关，目前还没有证实与频率有关。

（13）IM3、IM5、IM7、IM9为何只测IM3就可以了？

通常看IM3、IM3最大，但有些系统会关注到IM5甚至更高级的互调。

（14）天线测试与PIM测试是否相同？

原理一样，只是天线要放入微波暗室。

（15）微带的PIM能否在设计时就可以预测出来？

因素较多，比较困难。

（16）测试微带线辐射能量有多大，对测试者身体有无影响？

由于微带线本身的辐射比较小，所以通常不会有影响。但是如果微带匹配不佳，或者损坏就会有比较大的信号辐射出来。所以在测试之前需有安全流程，比如测试微带的驻波等。

（17）天线设计中VSWR（驻波比）与PIM的是否有直接关系？

有，通常VSWR也有其指标要求。

（18）PIM对天线仿真有无影响。

PIM对不同传输功率下所观测到的PIM是不同的，通常是规定在43dBm条件下测试的。同一板材在不同频段（如800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz、2600MHz等）无源互调测试结果有差别。

（19）为什么直通和反射有这么大的区别？

通过测试仪器的原理，可以知道在高频中取出低信号难度较大。