微波天線無源互調(diào)問題研究

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1、微波天線無源互調(diào)問題研究　　【摘要】無源互調(diào)（PIM）是由無源電路（如基站移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基站天線）的非線性造成的。當(dāng)測(cè)量一個(gè)微波天線的PIM性能時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的PIM產(chǎn)生器對(duì)評(píng)估測(cè)量系統(tǒng)的性能是非常有用的。本文最終目的是使用一個(gè)小型陣列天線或單元天線評(píng)估大型陣列天線情況下的小測(cè)量環(huán)境。因此我們應(yīng)該討論在一個(gè)小空間中的天線增益對(duì)PIM測(cè)量的影響?！娟P(guān)鍵詞】無源互調(diào)；微波天線；小型陣列天線；天線增益1.引言5在微波通信系統(tǒng)中，與外界傳播媒介接口是天線系統(tǒng)。天線的選取和設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。無源互調(diào)干擾會(huì)使大

2、功率無線通信系統(tǒng)的傳輸過程中產(chǎn)生畸變從而影響正常通信（如GSM基站）。其中最關(guān)鍵的部件是天線。當(dāng)今天線結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，受無源互調(diào)干擾影響的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。因此，天線設(shè)計(jì)者有必要掌握無源互調(diào)干擾及其解決辦法，從而針對(duì)PIM干擾調(diào)整各種天線結(jié)構(gòu)的配置。本文提出了一個(gè)安裝在印刷偶極天線上的PIM源，它是文獻(xiàn)[6]的修正，還提出了外界PIM源[7]的簡(jiǎn)化模型。根據(jù)PIM特性給出了它們的性能之后，采用所提出的天線和文獻(xiàn)[3][4]中的貼片天線討論了天線增益對(duì)PIM測(cè)量的影響。2.裝載在印刷偶極天線上的PIM源和外

3、來的PIM源本文使用一個(gè)厚度為1.6mm、介電常數(shù)為的印刷電路板，這里銅箔的厚度為。在半剛性電纜中，印刷電路板上與縫隙線相重疊的外導(dǎo)體有一部分被移去的激勵(lì)天線。一個(gè)長(zhǎng)為的開路短線和長(zhǎng)度為的短路線連接到激勵(lì)點(diǎn)，這對(duì)天線的帶寬起增大作用。在天線的頂端安裝PIM源（二極管1），二極管安放在狹縫之上，且有一個(gè)小的空氣間隙存在。使用了一個(gè)由軸向肖特基二極管（RB721Q-40）做成的環(huán)狀PIM源，本文中選其周長(zhǎng)為30mm。當(dāng)時(shí)提出的天線產(chǎn)生最大的PIM，當(dāng)時(shí)產(chǎn)生最小PIM。因此，PIM電平由二極管角度決定。除了產(chǎn)生的

4、PIM之外，這并不影響天線的基本特性。本文也準(zhǔn)備了兩種外加PIM源，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。后面還要說明，短路模型和偶極模型分別用于產(chǎn)生高PIM電平和低PIM電平。所用二極管與天線中所用二極管屬于同一產(chǎn)品。3.PIM特性5圖2示出了測(cè)量所得的當(dāng)二極管角度分別為0o，50o，90o時(shí)PIM作為輸入功率的函數(shù)，圖文中也示出了文獻(xiàn)[3]提供的貼片天線的結(jié)果作為參考。本文估算了輸入頻率為=2.05，=2.2GHz時(shí)的雙音情形下在的三階PIM。可以確認(rèn)在測(cè)量范圍內(nèi)每種結(jié)果在對(duì)數(shù)曲線中均具有的線性斜率。雖然當(dāng)0o時(shí)測(cè)量到

5、了小的PIM電平的飽和（當(dāng)），這種飽和現(xiàn)象可以忽略不計(jì)，且可通過增加二極管角度而取消。飽和的PIM電平與文獻(xiàn)[3]中的貼片天線的結(jié)果幾乎相同。從另一個(gè)角度講，可以確認(rèn)，產(chǎn)生的PIM電平可由二極管角度確定，電平在輸入功率為時(shí)輸出電平由一直下降到范圍內(nèi)。圖3示出了外加的PIM源（二極管2）對(duì)PIM的影響。外加PIM源是這樣選取的：它必須對(duì)輸入特性的影響非常小。觀測(cè)的PIM電平依賴于所使用的外界PIM源。特別是當(dāng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)短路型PIM源產(chǎn)生更高的PIM電平，而偶極型源產(chǎn)生的PIM電平不是很高。我們討論短路型源比偶極

6、型源產(chǎn)生更高的PIM的原因。因?yàn)槎搪沸驮淳哂信c二極管平行的跳線，可以看作是一個(gè)35mm長(zhǎng)的導(dǎo)線。同時(shí)，在偶極型源中，器件上的電流通道被二極管截?cái)啵纯杀豢醋魇莾筛L(zhǎng)度為35/2mm的導(dǎo)線。結(jié)果，在短路型源上感應(yīng)的電流幅度比偶極型源上感應(yīng)的電流幅度大得多。這就是為什么短路型源產(chǎn)生更大的PIM的原因。下面我們討論微波天線增益對(duì)觀測(cè)的PIM電平的影5響。圖4（a）表示用提出的印刷偶極天線觀測(cè)到的PIM，與文獻(xiàn)[3]中的貼片天線進(jìn)行比較，而短路型源通常用作二極管2，在這種情況下，角和分別選擇為0o和90o。觀測(cè)到的

7、兩種天線的PIM電平的差異是由天線的增益造成的?，F(xiàn)在我們用和分別表示在外加PIM源所在位置處產(chǎn)生相同功率密度處貼片天線和印刷偶極天線的輸入功率。兩種天線的功率增益差由下列方程給出：用和分別表示貼片天線和印刷偶極天線接收到PIM功率，它們的關(guān)系由下式表示：使用以上方程對(duì)貼片天線進(jìn)行檢驗(yàn)，得到的PIM值必須與所提出的貼片天線的PIM值相等。結(jié)果如圖4（b）所示。在這種情況下，確定的增益差為。4.結(jié)論本文提出了一種裝載PIM源的印刷偶極天線和外界PIM源的模型，給出了有關(guān)PIM特性的基本功能。使用所提出的天線和文

8、獻(xiàn)平[3][4]中的貼片天線，對(duì)微波天線增益對(duì)PIM測(cè)量的影響也進(jìn)行了討論。結(jié)果表明，由不同微波天線所觀測(cè)的PIM電平可在考慮天線增益的情況下進(jìn)行檢驗(yàn)。參考文獻(xiàn)[1]P.Bolli，S.Selleri，andG.Pelosi，”Passiveintermodulationonlargereflectorantennas，”IEEE，APMagazine，vol.3，no.5，pp.13-20，Oct.2002.[