微波天线无源互调问题研究

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1、微波天线无源互调问题研究　　【摘要】无源互调（PIM）是由无源电路（如基站移动通信系统中的基站天线）的非线性造成的。当测量一个微波天线的PIM性能时，标准的PIM产生器对评估测量系统的性能是非常有用的。本文最终目的是使用一个小型阵列天线或单元天线评估大型阵列天线情况下的小测量环境。因此我们应该讨论在一个小空间中的天线增益对PIM测量的影响。【关键词】无源互调；微波天线；小型阵列天线；天线增益1.引言5在微波通信系统中，与外界传播媒介接口是天线系统。天线的选取和设计直接关系到整个网络的质量。无源互调干扰会使大

2、功率无线通信系统的传输过程中产生畸变从而影响正常通信（如GSM基站）。其中最关键的部件是天线。当今天线结构变得越来越复杂，受无源互调干扰影响的风险也随之增加。因此，天线设计者有必要掌握无源互调干扰及其解决办法，从而针对PIM干扰调整各种天线结构的配置。本文提出了一个安装在印刷偶极天线上的PIM源，它是文献[6]的修正，还提出了外界PIM源[7]的简化模型。根据PIM特性给出了它们的性能之后，采用所提出的天线和文献[3][4]中的贴片天线讨论了天线增益对PIM测量的影响。2.装载在印刷偶极天线上的PIM源和外

3、来的PIM源本文使用一个厚度为1.6mm、介电常数为的印刷电路板，这里铜箔的厚度为。在半刚性电缆中，印刷电路板上与缝隙线相重叠的外导体有一部分被移去的激励天线。一个长为的开路短线和长度为的短路线连接到激励点，这对天线的带宽起增大作用。在天线的顶端安装PIM源（二极管1），二极管安放在狭缝之上，且有一个小的空气间隙存在。使用了一个由轴向肖特基二极管（RB721Q-40）做成的环状PIM源，本文中选其周长为30mm。当时提出的天线产生最大的PIM，当时产生最小PIM。因此，PIM电平由二极管角度决定。除了产生的

4、PIM之外，这并不影响天线的基本特性。本文也准备了两种外加PIM源，其组成结构如图1所示。后面还要说明，短路模型和偶极模型分别用于产生高PIM电平和低PIM电平。所用二极管与天线中所用二极管属于同一产品。3.PIM特性5图2示出了测量所得的当二极管角度分别为0o，50o，90o时PIM作为输入功率的函数，图文中也示出了文献[3]提供的贴片天线的结果作为参考。本文估算了输入频率为=2.05，=2.2GHz时的双音情形下在的三阶PIM。可以确认在测量范围内每种结果在对数曲线中均具有的线性斜率。虽然当0o时测量到

5、了小的PIM电平的饱和（当），这种饱和现象可以忽略不计，且可通过增加二极管角度而取消。饱和的PIM电平与文献[3]中的贴片天线的结果几乎相同。从另一个角度讲，可以确认，产生的PIM电平可由二极管角度确定，电平在输入功率为时输出电平由一直下降到范围内。图3示出了外加的PIM源（二极管2）对PIM的影响。外加PIM源是这样选取的：它必须对输入特性的影响非常小。观测的PIM电平依赖于所使用的外界PIM源。特别是当时，发现短路型PIM源产生更高的PIM电平，而偶极型源产生的PIM电平不是很高。我们讨论短路型源比偶极

6、型源产生更高的PIM的原因。因为短路型源具有与二极管平行的跳线，可以看作是一个35mm长的导线。同时，在偶极型源中，器件上的电流通道被二极管截断，源可被看作是两根长度为35/2mm的导线。结果，在短路型源上感应的电流幅度比偶极型源上感应的电流幅度大得多。这就是为什么短路型源产生更大的PIM的原因。下面我们讨论微波天线增益对观测的PIM电平的影5响。图4（a）表示用提出的印刷偶极天线观测到的PIM，与文献[3]中的贴片天线进行比较，而短路型源通常用作二极管2，在这种情况下，角和分别选择为0o和90o。观测到的

7、两种天线的PIM电平的差异是由天线的增益造成的。现在我们用和分别表示在外加PIM源所在位置处产生相同功率密度处贴片天线和印刷偶极天线的输入功率。两种天线的功率增益差由下列方程给出：用和分别表示贴片天线和印刷偶极天线接收到PIM功率，它们的关系由下式表示：使用以上方程对贴片天线进行检验，得到的PIM值必须与所提出的贴片天线的PIM值相等。结果如图4（b）所示。在这种情况下，确定的增益差为。4.结论本文提出了一种装载PIM源的印刷偶极天线和外界PIM源的模型，给出了有关PIM特性的基本功能。使用所提出的天线和文

8、献平[3][4]中的贴片天线，对微波天线增益对PIM测量的影响也进行了讨论。结果表明，由不同微波天线所观测的PIM电平可在考虑天线增益的情况下进行检验。参考文献[1]P.Bolli，S.Selleri，andG.Pelosi，”Passiveintermodulationonlargereflectorantennas，”IEEE，APMagazine，vol.3，no.5，pp.13-20，Oct.2002.[