خصوصیات بین المللی منفعل

هنر و علم طراحی سخت افزار رادیویی تا حدی در مورد به حداقل رساندن ، اجتناب و در صورت امکان از بین بردن سیگنال های فریبنده ناخواسته که راه خود را در مسیر دریافت رادیو پیدا می کنند ، بوده است. منابع معمولی چنین سیگنالهایی معمولاً تعداد زیادی از دو یا چند دستگاه ترمینال هستند که حاوی اتصالات نیمه هادی فعال مانند دیودها ، ترانزیستورها و IC هایی هستند که از آنها تشکیل شده است. این اتصالات با ویژگی های ولتاژ جریان غیرخطی آنها می تواند منبع غنی از هارمونیک و محصولات مختلف بین المللی باشد ، به خصوص اگر بیش از یک سیگنال در بین آنها وجود داشته باشد. اگرچه مواد مغناطیسی که معمولاً در مدارهای الکترونیکی در اکثر انواع وجود دارد نیز منبع بالقوه چنین غیرخطی ها هستند ، اما این اجزای معمولاً در مسدود کردن سطح پایین ، فرکانس پایین و سنبله های گاه به گاه در ولتاژ یا جریان مورد استفاده قرار می گیرند و بندرت در سیگنال های ارتباطی تداخل می کنند مگر اینکه به صورت ضعیف طراحی شده و طراحی نشده باشندانتخاب شد.

یک استثناء ، فریت های RF به شکل انسداد ها و گردش دهنده ها است. چنین مؤلفه هایی که معمولاً قبل از آمپلی فایرها انجام می شود ، در محتوای هارمونیک و بین المللی سازی موجود در خروجی چنین مدارها تولید و کمک می کنند. در یک سیستم ارتباطی معمولی ، چنین سیگنال های ناخواسته ناخواسته قبل از اینکه فرصتی برای نشت دوباره به گیرنده داشته باشند از بین می روند و مسدود می شوند. استانداردهای حجمی وجود دارد تا اطمینان حاصل شود که چنین تداخل ها همیشه به خوبی کنترل و موجود هستند. بیشتر مهندسان RF معمولاً از این مسائل به خوبی آگاه هستند. این تأثیرات را می توان مدل سازی کرد و تئوری پشت آنها به خوبی درک شده است ، بنابراین چنین محصولات سیگنال غیرخطی را می توان تجزیه و تحلیل و مدیریت نسبتاً آسان انجام داد.

شکل 1 دیافراگم های مشترک با حامل های متعدد می توانند باعث شوند PIM در گیرنده یک سیستم دوبلکس (A) و PIM خارجی که فراتر از آنتن تولید می شود ، یا در ترکیب با فرستنده دیگر یا با بازتاب سیگنال انتقال مخلوط از همان فرستنده توسط A ظاهر شود. در نزدیکی PIM تولید شی/مانع (ب).

نوع دیگری از اعوجاج سیگنال وجود دارد که اخیراً در برنامه های بی سیم به نگرانی بزرگی تبدیل شده است و این است که Intermodulation منفعل (PIM) است. این نوع intermodulation است که توسط مؤلفه ها و رابط های منفعل تولید می شود. این امر برای اکثر مهندسان و طراحان که اجزای کاملاً منفعل می توانند محصولات Intermodulation تولید کنند ، ضد انعطاف پذیر است ، اما آنها می توانند عملکرد خدمات بی سیم پیشرفته را تخریب کنند و حتی اگر کنترل نشده و به درستی مدیریت نشوند ، پیوندهای رادیویی را به طور کلی مسدود کنند.

چه عواملی باعث PIM می شود؟

این مهم است که درک کنیم که به طور معمول هیچ منبع واحد و منحصر به فرد PIM وجود ندارد و این یک اصطلاح کلی برای یک دسته از پدیده های بین مدولاسیون است که توسط عناصر منفعل در مسیر یک سیگنال RF ایجاد می شود. همچنین درست است که در سطح میکروسکوپی ، روند واقعی تولید PIM هنوز هم ضعیف درک شده است. به عنوان مثال ، ما می دانیم که تماس های ضعیف رایج ترین منبع PIM است. تماس ضعیف ممکن است به معنای اتصالات نباشد که به محدودیت های مناسب یا کیفیت پایین سطوح جفت گیری که ممکن است نتیجه سطح ضعیف سطح و همچنین وجود هرگونه آلودگی مانند شار ، اکسیداسیون یا ذرات سست باشد ، مورد توجه قرار نمی گیرند. اینها منجر به تماس های خفیف غیرخطی بر خلاف موارد روغنی تمیز می شود. فلزات متفاوت در تماس ممکن است اثرات دیود مانند را نیز ایجاد کنند. مواد یا روکش های فرومغناطیسی و همچنین انواع خاصی از طرح های PCB ، طرح های فلزی سازی و مواد و روکش های دی الکتریک خاص می توانند PIM را نیز تولید کنند.

اثرات الکترو- حرارتی نیز می تواند باعث PIM شود. مدولاسیون هدایت الکترو حرارتی در ساختارهای رزونانس مانند فیلترها و آنتن ها از نظر ماهیت بسیار متفاوت از سایر انواع PIM است زیرا هیچ فلز متفاوت یا حتی اتصالات یا مخاطبین درگیر نیست.

هنگامی که آنتن ها نیز بخشی از مورد توجه هستند ، پس از آن "خارجی" که تولید می شود و فراتر از آنتن انتقال می شود وقتی آنتن های تک یا چندگانه منعکس کننده سیگنال های قوی از ساختارهای فلزی در این نزدیکی هستند نیز امکان پذیر است. این هم در مورد تاسیسات داخلی و هم در فضای باز صادق است.

همانطور که می توان از بالا غافلگیر شد ، دلایل متنوعی برای PIM وجود دارد ، از طراحی مؤلفه اصلی گرفته تا کیفیت مونتاژ و نصب ، و همه وجود دارند و در کل در سطح کل نقش دارند. درک این نکته حائز اهمیت است که از بین بردن PIM غیر ضروری یا حتی غیرممکن است ، اما بسیار مهم است که در مکانهایی که ممکن است بر حساسیت گیرنده تأثیر بگذارد ، زیر سطح مشخصی باقی بماند.

مشکل چیه؟

ماهیت مضر PIM به پذیرش رادیو به مدت طولانی توسط مهندسان ایستگاه زمین رادار و ماهواره به دلیل دیافراگم آنتن مشترک برای انتقال بسیار قوی و سیگنال های دریافت بسیار ضعیف شناخته شده است (شکل 1 را ببینید). این همچنین توضیح می دهد که چرا PIM به طور معمول نگرانی تجهیزات زیرساختی و نه برای تجهیزات کاربر است.

شکل 2 محصولات IM مرتبه عجیب و غریب در نزدیکی خود حامل ها قرار می گیرند ، گاهی اوقات در گروه RX همان اپراتور یا یک اپراتور دیگر قرار می گیرند و نمی توانند فیلتر شوند (توجه داشته باشید که پهنای باند IM N برابر پهنای باند تن های اساسی برای سیگنال های غیر CW است).

شکل 3 در هنگام روشن شدن فرستنده در کف نویز یک گیرنده LTE به دلیل PIM افزایش می یابد.

در نقطه یا نقاط تولید PIM در امتداد یک زنجیره انتقال ، محصولات و انرژی تولید شده تولید شده در هر دو جهت رو به جلو و معکوس حرکت می کنند. اگر مسیری به گیرنده وجود داشته باشد و اگر PIM دارای قطعات موجود در بند زنجیره دریافت باشد (شکل 2 را ببینید) ، برخی از این انرژی با سیگنال دریافت واقعی به عنوان سر و صدای اضافی مخلوط می شوند ، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. واددر اصل ، PIM همیشه در هر سیستم RF وجود دارد اما میزان آن و جایی که به پایان می رسد نگرانی برای عملکرد خوب رادیو است.

شکل 4 میزان داده downlink در سیستم های بی سیم مدرن به نسبت سیگنال به نویز در گیرنده بستگی دارد.

شکل 5 بارها محصولات IM تولید شده در گروه RX قرار نمی گیرند ، یا کالاهایی که انجام می دهند سفارشات بسیار بالایی و قدرت ناچیز دارند.

شکل 6 هنگامی که سیگنال های پهنای باند درگیر هستند ، برای تولید PIM دو شرکت حمل و نقل طول نمی کشد. یک حامل باند پهن واحد PIM خود را نیز تولید می کند.

استفاده از تنوع فزاینده ای از باندهای بی سیم و نیاز به به اشتراک گذاشتن آنتن ها برای به حداقل رساندن هزینه های غیر مکرر و همچنین مکرر تاسیسات آنتن بی سیم ، به ذکر نگرانی های زیبایی شناختی ، در سالهای اخیر مشکلات مربوط به PIM را تحریک کرده است. علاوه بر آنتن مشترک و سایر زیرساخت ها ، گسترش سیستم های بی سیم در ساختمان (IBW) ، عمدتا سیستم های آنتن توزیع شده (DAS) ، که همچنین ایستگاه های پایه کلان قدرت بالا را ترکیب و ادغام می کند ، سلول های کوچک یا تکرار کننده فرصت های بیشتری برای مشکلات PIM ایجاد می کنند. همچنین در این مشکل ، نرخ داده های بالاتر و طرح های پیچیده مدولاسیون که آنها را فعال می کند ، هستند. نرخ داده های بالا فقط در شرایط SNR خوب حاصل می شود ، جایی که یا سیگنال مورد نظر با توجه به سایر سر و صدای و تداخل های دیگر قوی است ، یا چنین سر و صدایی بسیار اندک است (شکل 4 را ببینید). بنابراین در حالی که پوشش بسیار مهم است ، اکنون کیفیت سیگنال خوب هم اکنون بسیار مهم است.

در نتیجه ، هر PIM در باند دریافتی که کف سر و صدا را بالا می برد ، به خصوص در یک گیرنده 4G ، و برای عملکرد گیرنده و نرخ داده های قابل دستیابی مضر خواهد بود. توجه داشته باشید که همه PIM ، حتی سطح بالا ، در صورت مسدود شدن یا خارج از باند عملکرد ، مشکلی را برای گیرنده ایجاد نمی کند ، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. همچنین برای یک حامل باند پهن واحد امکان تولید PIM خاص خود را به دلیل خودکشی بدون حامل دوم وجود دارد (شکل 6 را ببینید).

خصوصیات PIM

شکل 7 بر خلاف یک تقویت کننده که در آن منبع غیرخطی اشباع فعلی است ، بیشتر غیرخطی هایی که PIM تولید می کنند ناشی از اشباع ولتاژ به دلیل تماس های ناقص است.

وجود PIM به غیرخطی بودن در مسیر سیگنال اشاره دارد. بنابراین ما باید در جعبه ابزار خود از تجزیه و تحلیل غیرخطی برای درک ، کمیت و از همه مهمتر ، سطح PIM قابل قبول را در یک سیستم و برای اجزای جداگانه مورد استفاده مشخص کنیم. شباهت هایی با سایر انواع غیرخطی ، که همه ما در دنیای RF با آنها آشنا هستیم ، در صورت اعتماد به فراتر از اصول می تواند گمراه کننده باشد. در جایی که نظریه غیرخطی بسیار دقیق و مفید است ، مشخص می کند که با توجه به حضور سیگنال ها/حامل های قدرت بالا ، انتظار می رود سیگنال های PIM ظاهر شوند. صرف نظر از نوع و منبع غیرخطی بودن موجود ، محصولات غیرقانونی عجیب و غریب و یکنواختی وجود خواهد داشت که هر چیزی غیر از یک تن CW واحد مجبور به سیستم شود. بنابراین ما دقیقاً می توانیم تعیین کنیم که PIM با توجه به دانش فرکانس های حامل ظاهر می شود. در یک برنامه کاربردی از راه دور ، این محصول سومین و سایر محصولات مرتبه عجیب و غریب خواهد بود که مورد توجه قرار می گیرد.

مشکل تجزیه و تحلیل غیرخطی قابل اعتماد ما است و روش های آن در پیش بینی دامنه های معمولی PIM کمی استفاده نمی شود. منابع غیرخطی که باعث PIM می شوند ، انواع اتصالات نیمه هادی نیستند که ما همانطور که قبلاً مورد بحث قرار گرفت ، با آنها آشنا هستیم. منابع غیرخطی ممکن است یک رابط ضعیف و تماس اهمی باشد. جریان جریان از طریق چنین سطوح ممکن است شامل هدایت نوع تونل سازی باشد. این یک نوع بسیار خفیف از غیرخطی است ، نزدیک به اهمی نسبت به یک محل اتصال نیمه هادی معمول است (شکل 7 را ببینید). ممکن است میلیون ها مخاطب به موازات نقاط تماس اهمی واقعی در دو سطح تماس وجود داشته باشد ، بنابراین یک غیرخطی جمعی ایجاد می کند که به فشار ، دما ، دامنه سیگنال و شاید حتی زمان وابسته است. دشوار است که انتظار داشته باشیم چنین سیستمی از یک قانون قدرت واحد پیروی کند. توجه داشته باشید که مکانیسم یکی از اشباع نیست. برای بدتر شدن اوضاع ، در حالی که برخی از منابع PIM منابع نقطه ای هستند ، که به خوبی بومی شده اند ، برخی از آنها توزیع می شوند. سفارشات مختلف همچنین به عنوان تابعی از فرکانس و جداسازی تون/حامل اضافه و لغو می شوند. در نتیجه ، نمی توان و نباید برون یابی ایجاد کرد که به طور معمول با غیرخطی های بهتر رفتار می شود ، مانند تعیین کمیت غیرخطی و PIM توسط IP3 سیستم. با توجه به اثرات ترکیبی که در بالا توضیح داده شد ، مشاهده PIM ترتیب 5 یا 7 بسیار غیر عادی نیست که از نظر قدرت مشاهده شده بالاتر از 3 باشد.

داده ها به وضوح نشان می دهد که PIM به ندرت از قانون توان معمولی مرتبه فرد پیروی می کند. برای هر دسی بل افزایش در توان RF (تن) فرودی، به ندرت افزایش 3 دسی بل یا شیب 3:1 برای IMD3 مشاهده می شود که اسماً قوی ترین مؤلفه خواهد بود (شکل 8 را ببینید). معمولاً شیب مشاهده شده بین 1. 5:1 تا 2. 7:1 قرار دارد. همچنین احتمالاً بسیار وابسته به فرکانس است. بنابراین، IP3 یک پارامتر نسبتاً بی معنی در کمی کردن و تعیین PIM است. به طور مشابه، نباید انتظار داشت که PIM 30 دسی بل کاهش یابد (جزء IMD3) زیرا تحریک RF 10 دسی بل کمتر است و بالعکس. در عمل به ندرت اینطور عمل می کند. همانطور که در شکل 8b مشاهده می شود، همین امر در مورد سفارشات بالاتر نیز صدق می کند.

شکل 8 IM3 در مقابل توان برای دو دستگاه مختلف در مقایسه با ایده آل در 1900 مگاهرتز (a)، IM5 ها شیب 5:1 را نیز دنبال نمی کنند (b) و PIM IM3 معمولی 1. 5-2. 5:1 (c) افزایش می یابد (اکثر تنظیماتبه اندازه گیری نزدیک ب ه-140 dBm توسط کف نویز محدود می شوند).

اجتناب از PIM

بهترین روش برای اطمینان از عملکرد خوب PIM این است که بدیهی است در وهله اول با اجزای تضمین شده PIM پایین شروع کنید. دوم، سعی کنید PIM را تا حد امکان نزدیک به شرایط کاری و قدرت مشخص کنید تا از راه حل های بیهوده پرهزینه جلوگیری کنید. با توجه به شرایط بی‌نهایتی که این اجزا، زیرسیستم‌ها و سیستم‌ها در آن استفاده می‌شوند، ایجاد یک استاندارد فراگیر دشوار است. نزدیکترین چیزی که ما به یک استاندارد داریم IEC 62037-1 و-4 است که شرایط آزمایش PIM و به طور خاص در کابل ها و کانکتورها را مشخص می کند. این اسناد استفاده از تون های CW 2 × 20 W را "توصیه می کنند" انتخاب فرکانس ها و جداسازی را به کاربر بر اساس نیازهای سیستم در حال استفاده واگذار می کنند. این استانداردها هیچ اشاره ای به حداکثر سطح مجاز PIM ندارند. باز هم این به صلاحدید طراح سیستم یا مهندسی تعمیر و نگهداری واگذار می شود زیرا بسته به کاربرد و مکان، الزامات ممکن است بسیار متفاوت باشد.

در همین حال ، صنعت مشخصات موقت را برای PIM تهیه کرده است ، بیشتر بر اساس تست های میدانی و آزمایش و خطا. حداکثر سطح PI M-110 dBm در باند دریافت معمولاً در بسیاری از موارد مطلوب است ، به خصوص هنگامی که رابط های BTS درگیر هستند. بسیاری از فروشندگان مؤلفه بسته به نوع مؤلفه ، -118 dBm یا بهتر را هدف قرار می دهند. با توجه به سطح آزمون استاندارد 43 dBm در هر تن (CW) ، این مربوط به A-153 DBC از سطح PIM است. توجه داشته باشید که ممکن است ارتباط این تحلیلی با یک ایده آل ایده آل در حدو د-120 DBM بسیار دشوار باشد زیرا اینها برای پهنای باند خاص و سیگنال های نوع CDMA/OFDM تعریف شده اند که شبیه CW است.

یکی از اشکالات تست برق ثابت در هر IEC ، نامناسب بودن آن در کاهش برنامه های انرژی است. طراحی و ساخت یک مؤلفه منفعل یا مونتاژ برای آزمایش 2 × 20 W هنگامی که ، بیایید بگوییم که برنامه فقط 2 W است ، منجر به یک راه حل پرهزینه و سنگین تر از آنچه لازم است. در صورت عدم وجود یک دستورالعمل استاندارد و پذیرفته شده ، برخی از کاربران تمایل دارند که با نیاز آزمون 2 × 20 W نیاز داشته باشند که منجر به افزایش قابل توجه هزینه برای محصول می شود. حتی هنگامی که نیاز به آزمایش به عنوان مثال به 2 × 2 W برگردانده شود ، انتظار کاذب برای عملکرد PIM 30 دسی بل بهتر ، در حدو د-140 dBm بر اساس تجزیه و تحلیل IP3 سنتی است. این سطح در حدو د-173 DBC از لحن آزمون ، حد اندازه گیری قابل اعتماد بسیاری از ابزارهای تست هنری است. این امر حتی در صورت عدم علاقه خاص به ترتیب 5 یا هفتم بدتر می شود و فرد سعی می کند قوانین قدرت کتاب درسی را اعمال کند. سپس این نیاز از آنچه از نظر جسمی قابل اندازه گیری است فراتر می رود. در شکل 8b ، هنگام کاهش قدرت به 1 W در هر تن ، به عنوان مثال ، IM5 واقعی اندازه گیری شده در حدود 25 دسی بل بالاتر از آنچه که برون یابی 5: 1 پیش بینی می کند ، بیشتر است. با طراحی دقیق ، تکرار بیشمار و فرآیند تولید بسیار خوب کنترل شده ، می توان PIM را برای یک مؤلفه به چنین سطوح پایین کاهش داد ، اما علاوه بر اینکه برای عملکرد مناسب سیستم غیر ضروری است ، بعید است عملکرد معقول برای کاربردهای تجاری بدست آورید. بنابراین نیاز آشکار برای تجدید نظر در مشخصات PIM وجود دارد زیرا ایستگاه های پایه کوچکتر می شوند و خروجی های برق پایین تر می شوند.

برخی از سردرگمی‌ها را می‌توان مستقیماً در قرارداد مشخص کردن PIM به عنوان یک معیار نسبی در dBc به جای مطلق ردیابی کرد. این به یک روش استاندارد واقعی برای اندازه گیری PIM تبدیل شده است. در واقعیت و عمل، یک گیرنده رادیویی به توان پاسخ می دهد، نه dBc. حساسیت رادیو معمولاً با PIM یا سایر تداخل‌های سطح پایین تغییر نمی‌کند. از آنجایی که در عمل، سطوح توانی که به دیافراگم برخورد می‌کنند ممکن است از سیستمی به سیستم دیگر یا برای تاسیسات مختلف متفاوت باشد، در تئوری می‌توان مقدار dBc مورد نیاز را بر اساس اندازه‌گیری 2 × 20 W تنظیم کرد و نیاز مناسب برای سطوح توان واقعی را تعیین کرد. این تنها در صورتی ساده خواهد بود که PIM مطابق قانون قدرت شناخته شده رفتار کند. اینطور نیست، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است. بنابراین، در حالی که اجزا و سیستم های سطح توان بالاتر با سطح استاندارد 20 وات تن تست می شوند، که احتمالاً یک رقم خوب است، مشخصات سیستم قدرت پایین تر همچنان قابل تفسیر است ونیاز به دانش بهتر از شرایط عملیاتی خاص و الزامات حساسیت گیرنده دارد. در غیر این صورت، تلاش برای برون یابی از آزمایش‌های 2×20 وات به سطوح توان پایین‌تر، بدون در نظر گرفتن سطوح توان مطلق واقعی درگیر و مورد نیاز، منجر به الزامات غیرواقعی جزء و زیرسیستم می‌شود که هزینه‌ها را بالا و کاهش می‌دهد.