无源互调机理研究和其抑制措施

《无源互调机理研究和其抑制措施》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、无源互调机理研究和其抑制措施　　【摘要】本文讨论了无源互调产物的产生机理及其减小措施。指出无源互调干扰主要来自两种无源非线性：接触非线性和材料非线性。对几种重要的非线性机理进行了特别的描述，给出了PIM产物的主要抑制措施。【关键词】无源互调；接触非线性；材料非线性；抑制措施一、引言近年来，随着通信系统及其用户数量大幅增加，移动通信系统中的无源互调产物，已成为影响系统通信质量的重要寄生干扰之一。因此科学有效的分析无源互调机理及测量其产物对提高整个通信系统的通信质量将具有重要的意义。为了比较全面地理解无源互调

2、干扰问题，我们有必要首先了解无源互调的产生机理。在大功率卫星通信系统和移动通信系统中，微波器件的PIM干扰主要来自两种无源非线性：接触非线性和材料非线性。前者指的是具有非线性电流电压特性的任何金属接触；后者指的是具有固有非线性导电特性的铁磁材料、碳纤维和铁镍钴合金。需要特别指出的是，除了上述两种无源非线性机理外，还可能存在一些其他的非线性效应，这对无源互调的产生也有一定的贡献。9二、无源互调的几种重要的机理分析（一）接触非线性机理接触非线性主要包括由材料结构和时间相关现象引起的非线性效应。由材料结构引起的

3、非线性产生机理主要包括：由接合面上的点接触引起的机械效应；由点电子接触引起的电子效应；由点电子接触和局部大电流引起的热效应。由时间相关现象引起的非线性主要包括：斑点尺寸随着电流的通过而增大；由强直流电流引起的金属导体中离子的电迁移；引起接触面相对运动的热循环；引起接触面相对运动的振动和磨损；不同热膨胀系数的器件接触引起的热循环；金属接触的松动和滑动以及氧化层或污染物的增加。1.量子隧穿与热电子发射效应9根据经典的理论，“金属-绝缘体-金属”（MIM）式的结构是无法实现电流传导的。但是，量子理论表明，对于表

4、面氧化层很薄的情形，金属中的电子可以通过隧道效应穿过势垒，从一个金属到达另一个金属。从上个世纪五六十年代以来，人们对于MIM结构的导电机理做了大量的研究，研究结果表明：量子隧穿和热电子发射效应是金属-金属接触中产生PIM的两个重要因素。如果金属中的电子具有足够的能量越过介质形成的势垒从而形成金属之间的电流传导，则称这种现象为热电子发射电流；反之，当金属中的电子能量不太高且介质形成的势垒厚度较薄时，电子将通过量子隧穿效应实现电流传导。图1显示了薄势垒MIM结构的能带图及其相应的导电机理。图1薄势垒MIM结构

5、的能带图及其导电机理量子隧穿电流通常对势垒高度、外加偏压和介质层厚度等参数非常敏感，且具有很强的非线性特性。依据Simmons的研究成果，可由下式计算：（1-1）式中，式中为势垒高度，单位为eV；为介质层厚度，单位为?；为MIM结构的偏压，单位为V；为电流密度，单位为A/cm2；为介质层的相对介电常数。而热电子发射电流计算公式为：（1-2）式中T为温度，单位为K；k为波尔兹曼常数。利用式（1-1）和式（1-2），在不同的参数条件下，可以对MIM结构的量子隧穿电流和热电子发射电流进行计算。结果表明：势垒高度

6、、外加偏压、介质层厚度及相对介电常数这四个参数对量子隧穿电流和热电子发射电流的影响趋势是一致的，而且热电子发射电流还强烈地依赖于温度。这样，当MIM结构本身的参数相同时，可以通过调节温度的大小来控制MIM结构的主要导电过程。2.微放电机理9微放电是在真空条件下大功率强微波电场作用下发生的一种射频击穿放电现象。为了简要描述微放电机理，我们以真空中的平行板为例。假设电子数为N的很多电子在时从一个极板（）发射（如图2），在RF电场驱动下到达另一极板（）。通过撞击，发射许多电子（数目为），为这次特别撞击的二次电子

7、倍增系数，它是撞击能量和表面材料的函数。如果在狭缝中的飞行时间约等于RF周期的，或者等于RF周期的奇数倍，那么新发射的二次电子就可能被加速，直到再次撞击的极板，引发个二次电子的发射，式中是第二次撞击的二次电子发射系数。经过n次撞击后，放电后的电子数为。图2是时的微放电示意图。图2微放电示意图材料非线性机理（二）材料非线性机理1.铁磁效应9铁磁材料具有很大的磁导率，在强磁场下会产生饱和，并随磁场非线性变化，显示出磁滞特性。铁、镍、钴及其合金、镧系元素（如稀土）等都是铁磁材料，它们能引起很强的PIM产物。铁磁

8、非线性是由含有铁磁材料的金属器件在导电时因随电流流动使导体电路磁导率产生变化引起的，这和一个电路电感的非线性变化非常相似，它导致两个或两个以上信号产生非常强的PIM产物。这种非线性是一种磁饱和畸变的形式，且不随时间而变化，通常情况下比普通的接触非线性好得多（如图3所示）。图3铁磁非线性2.电热效应近期的一些研究报导了微带传输线上电热引起的PIM产物。电热引起电导率的调制是传输线上PIM的支配性的物理机理，PIM的产生是由电流相