為什么無源互調(diào)PIM會影響下載速度應(yīng)該如何解決

單來講，無源互調(diào)（PIM）是典型非線性混頻情況的一種表現(xiàn)，而（大多數(shù)情況下）非線性混頻在電子系統(tǒng)中非常有用。當兩個或多個載波信號頻率遭遇非線性混頻時會產(chǎn)生PIM，最終得到的信號中包含了附加的無用頻率，這就是互調(diào)產(chǎn)物。由于PI M可能會在信號路徑上的各個點處產(chǎn)生這些互調(diào)產(chǎn)物，因此也可能在濾波后產(chǎn)生，這個問題就令人頭疼。關(guān)于射頻和無線的熱門話題有很多：5G首當其沖，還有小基站和MIMO等等，僅列舉一二。這其中有些是嶄新的概念，幾年前還不存在或只是一些理論，而其他一些則是別名更為人所知，例如“分集天線”，它當中就有MIMO的概念，只不過更“靜態(tài)”，通常缺乏當今MIMO動態(tài)方面的特性。

但還有另一個術(shù)語如今得到更多的關(guān)注：無源互調(diào)（PIM）。PIM是什么？簡而言之，它是RF信號路徑中由材料引起的非線性。Keysight應(yīng)用筆記（參考文獻1）中是這樣對其定義：“PIM是由兩個或多個RF信號混合所產(chǎn)生的無用信號，由RF路徑中的無源器件（如天線、電纜或連接器）的非線性所引起。PIM產(chǎn)物是由鐵磁材料、不同金屬連接點、金屬氧化物連接點、受污染連接點和RF連接器接觸不良所引起的大功率音調(diào)混合的結(jié)果?！焙唵蝸碇v，PIM是典型非線性混頻情況的一種表現(xiàn)，而（大多數(shù)情況下）非線性混頻在電子系統(tǒng)中非常有用。當兩個或多個載波信號頻率遭遇非線性混頻時會產(chǎn)生PIM，最終得到的信號中包含了附加的無用頻率，這就是互調(diào)產(chǎn)物，如圖1所示。

圖1：電路和系統(tǒng)設(shè)計人員所熟知的頻率混合及互調(diào)信號產(chǎn)物概覽。（圖片來源：Keysight Technologies）

由于PIM可能會在信號路徑上的各個點處產(chǎn)生這些互調(diào)產(chǎn)物，因此也可能在濾波后產(chǎn)生，這個問題就令人頭疼。Keysight應(yīng)用筆記中很明確地提到了這一點（圖2）：“雖然濾波可以減少發(fā)射器路徑上功率放大器所產(chǎn)生的無用信號，但卻無法濾除RF信號路徑中無源元件（如天線、電纜或連接器）的PIM產(chǎn)物?！蔽哪┑膮⒖嘉墨I深入研究了PIM，對其來源、效應(yīng)和含義提供了更多的觀點和看法。

圖2：此通信系統(tǒng)的基本方框圖和頻段圖顯示了PIM相關(guān)信號是如何“爬入”到系統(tǒng)中。

PIM在某些頻段會對無線鏈路產(chǎn)生各種各樣的問題，而隨著無線技術(shù)推進到數(shù)十GHz的電磁頻譜范圍，問題可能會更嚴重。在這些高頻率下，由PIM引起的互調(diào)產(chǎn)物會影響鄰近信道并降低系統(tǒng)性能、裕量和信噪比（SNR）。由于PIM會使有線電路產(chǎn)生紋波，因此還會產(chǎn)生級聯(lián)效應(yīng)。而且，雖然PIM的負面影響確實存在，但其實際幅度卻很小，很難通過儀器識別，因此難以捕獲和診斷。Anritsu應(yīng)用筆記（參考文獻2）指出：“現(xiàn)場實驗表明，下載速度顯著下降與PIM輕微增加有關(guān)。路測顯示，當殘留PIM電平從-125dBm增加到-105dBm時，雖然這個數(shù)字不算糟糕，但下載速度卻下降了約18%。”這樣小的PIM電平卻會導(dǎo)致非常大的性能下降。

這有些歷史諷刺意味。PIM這種物理現(xiàn)象并不新鮮，只是上述表現(xiàn)及其后果新鮮。長久以來，不同金屬及其物理接口的調(diào)整和非線性效應(yīng)一直是潛在的問題根源。甚至還有奇聞趣事說，有人可以通過他們的牙齒“接收”并甚至聽到AM電臺廣播，因為他們的牙齒和補牙材料之間的某種相互作用充當了傳統(tǒng)晶體收音機設(shè)計中的二極管。

為了最大限度地減少PIM效應(yīng)，各電纜和連接器等無源元件的供應(yīng)商正努力盡可能地減少PIM的潛在來源，并為其設(shè)計測試方法，這可不是件簡單的事。用富有哲理性的話來說，PIM狀況的發(fā)生就好像在替這些無源元件說：“誰叫你在設(shè)計時不給我足夠的尊重和考慮（至少一開始沒有……），那我就證明我真的很重要……而且我很難分析和建模！”

如果你去看有關(guān)射頻和微波系統(tǒng)設(shè)計的出版物中的廣告——誠然，用這個來對設(shè)計讀者感興趣之處做評判不太準確——你會看到其中有很大一部分都是講基礎(chǔ)性電纜、互連和電纜組件，它們通常都強調(diào)其平坦度、阻抗穩(wěn)定性和相位相關(guān)性能，而忽略溫度變化、低PIM、匹配性能等優(yōu)點。我認為供應(yīng)商在廣告中說的是“我們幫您避免問題”。這與有源器件的廣告形成對比，后者往往是讓您了解更多：獲取更大功率、工作帶寬更大、實現(xiàn)更高效率，同時線性度增加，等等。我想這能讓您了解到工程的真實情況。

所以，你只能指望你的基本無源元件不會壞事，否則你還能指望什么？你可能認為這很不公平。但是生命（和設(shè)計）本就不公平，而PIM為GHz級產(chǎn)品的設(shè)計人員又增加一項，使他們在設(shè)計產(chǎn)品時必須要習(xí)慣它，并通過仔細的元器件選擇或其他技術(shù)來盡可能地減小它。正如他們所說，“要習(xí)慣它”。

你在設(shè)計中碰到過PIM問題嗎？你是否認為這是個潛在的問題，如果你不關(guān)心，它就有可能影響你，或者在你遇到性能下降的時候，可能讓你花費數(shù)小時時間去找出難找的根源？