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射频连接器中PIM的原因

发布日期:2019-07-25   作者:小天   来源:www.twl-link.cn   编辑:天科乐   访问量:253

PIM来自两个或多个强信号和非线性结。强信号通常来自共享天线运行的发射机,使用相邻天线的发射机或具有冲突天线方向附近的塔。射频连接器损坏或扭矩不足,污染,疲劳断裂,冷焊点和腐蚀会产生非线性连接。

由于非线性结可能在电池柜外部,因此可能无法通过滤波消除PIM。通常,有必要确定并消除问题的根本原因。


变送器附近的锈蚀

损坏的射频连接器,电缆,双工器,循环器和天线都可能包含非线性组件。此外,附近的腐蚀物体,如栅栏,谷仓屋顶或生锈的螺栓可能会导致PIM,只要到达它们的信号足够强。这种效果足以具有自己的名称,即生锈螺栓效应。有许多不同的地方可以寻找非线性连接。

机械考虑因素

电接触在微观尺度上从不平坦或光滑。这意味着接触区域不是表观区域,甚至是承载区域,而是承载区域内的一系列小区域或点(图6)。斑点的大小和数量取决于接触表面几何形状,金属硬度和施加到接触的压力。接触表面涂层,例如金或银,会影响接触点的大小,氧化,碳氢化合物,灰尘,剩余焊剂等污染物或加工接触的颗粒也会影响接触点的大小。

空气,薄膜或厚膜可能会分离出不接触的区域。金属和薄膜区域支持电流,但是通过不同的方式。在金属斑点中,电流取决于电导率; 然而,在薄膜区域中,通过隧道效应发生电流流动。厚膜区域可以是绝缘的,导电的或在某些电压下经受电击穿。

金属接触

因为电流必须流过这些窄导电点,所以产生了额外的电阻,称为收缩电阻。缩窄阻力通常在毫欧范围内。收缩电阻的非线性是PIM的一种可能解释。非线性是由加热接触的电流引起的,反过来又会改变电阻。这种电阻变化是一个很小的影响,并随着通过接触区域的电流变化而变化。

隧道效应

大多数金属的表面覆盖着一层薄薄的氧化物,导致连接器的两个板之间有一个潜在的山坡。当电子有足够的能量跳过山丘时,这种现象称为肖特基效应。如果电子具有较低的能量,则它们以某种可能性穿过势垒。隧道效应仅对薄于100埃的薄膜是可测量的。

生锈的螺栓效应

当氧化物层足够多孔时,隧道效应不会停止在100埃。高湿度腐蚀对钢铁产生显着影响,当信号路径中存在生锈的金属结构或强发射器信号附近时,会产生异常强烈的PIM失真。已经提出PIM是由腐蚀金属的半导体氧化物引起的。然而,实验结果表明主要贡献者可能是松散的和小的接触区域,而不是腐蚀的交界区域。

烧熔

当小电压击穿厚的锈蚀或污染时,会发生烧结。A-fritting产生新的接触点,而B-fritting扩大了现有的接触点。烧结导致两个表面之间的金属永久转移。Fritting或其表兄,微电弧可以表现为宽带干扰,通常每两到三秒发生一次。

铁磁材料

铁磁性材料,例如铁,镍,钴,以及镁,铝和铜的一些合金是铁磁性的。铁磁材料是PIM的重要贡献者,不应用于蜂窝系统。如果它们靠近重要的RF源,它们可以产生惊人数量的PIM

亚铁磁材料

亚铁磁材料(铁氧体)广泛用于微波元件,如隔离器,循环器,谐振器和移相器。这些器件可针对低PIM进行优化,但即便如此,也可能比天线系统中的其他无源元件产生更多的PIM。他们产生PIM的机制知之甚少,显然相同的设备可能产生不同水平的PIM

多年(大约十年),PIM测试一直是行业标准质量测试,用于检测隔离器或循环器内的裂纹铁氧体组件。

表面效果

如果电流密度足够高,则导体表面的磨损或污染可能导致PIM。在一个实验中,1mm的铜中心导体垂直于长轴磨损。信号大约为1.5 GHz44 dBm时,注意到增加了1322 dB。在类似条件下,清洁焊丝末端的焊剂会使PIM降低10 dB

PIM源的时间依赖性

PIM源通常随时间变化。变化可能很小或很大。当PIM随时间变化时,松散的接触尤其可疑。这归因于时间,湿度和温度对诸如灰尘或薄膜等污染物以及烧结物的影响。接触表面相对于振动或温度的相对运动也使PIM源与时间相关。

现代蜂窝系统中使用的组件设计用于在正确安装时处理大量振动和极端温度变化。动态”PIM测试,或在测试进行时应用某种形式的运动的测试,模拟环境压力并帮助识别松散的连接,如果不进行校正,最终可能产生高噪声水平。

组件

天线系统组件包括连接器,电缆,天线,循环器,双工器,双工器和其他用于路由无线电信号的组件。这些组件中的每一个都有其自己的特殊生成PIM的方法。可能导致PIM的一些更常见的组件包括:

射频连接器

天线上的连接器是任何PIM在产生的影响首先怀疑的。连接器可能是PIM的原因,并且会遇到许多问题。首先,如果配合表面具有小间隙,则可以形成电压势垒,其允许发生电子隧穿(二极管效应)或微观电弧放电。要么在强信号存在的情况下导致PIM

过紧,接触压力不足,接触面变形,配合表面有异物或腐蚀等造成的损坏可能导致间隙小。此外,腐蚀可能会产生晶体,这也会对RF信号产生非线性影响。在湿度和盐空气普遍存在的沿海地区,腐蚀是一个特殊问题。在这种情况下,连接器可能需要定期清洁。

虽然设计用于蜂窝服务的连接器不是常见问题,但值得一提的是制造商使用有色金属材料制造低PIM连接器。当与RF信号一起使用时,含铁材料具有非线性效应。例如,不锈钢可以为信号增加1020 dBPIM

镀镍连接器或镀镍金的连接器可为信号增加2040 dBPIM。用于蜂窝状的连接器是有色金属的,并镀有涂层,如银,白铜和金。

在安装时切割电缆可能会产生金属颗粒或碎屑。如果这些颗粒中的一些留在电缆中,或进入完成的连接器,它们会在接触载流表面时引起PIM。如果电缆组件随温度或风而弯曲,则污染物可能是间歇性PIM的来源。

中心导体深度很重要。如果设置得太远,由此产生的不良接触可能会导致高功率使用下的PIM。如果伸出太远,连接时可能会造成物理损坏。这种损坏可能会在下次连接时导致间隙。解决此问题的一种方法是使用连接器夹紧工具正确设置中心销深度。如果引脚深度成为常见问题,可以使用特殊的测量夹具来测量中心引脚深度。

值得注意的是,7/16 DIN连接器专门用于抵消PIM问题N型连接器虽然仍然是一个非常好的连接器,但最初是在40年代设计的,当时具有高灵敏度接收器的多载波通信系统并不常见。N型连接器的最大问题是阳外导体具有非常小的总表面积。对该表面的任何损坏使得正确的配合或测量几乎不可能。

仔细清洁,正确组装,良好的天气缠绕和适当的连接器扭矩是连接器引起的PIM的最佳解决方案。工具必须保持清洁,锋利和良好的调整。不幸的是,当识别出不良连接时的第一直觉是过度紧固组件,这几乎总是导致变形造成的损坏。

电缆

电缆通常不会导致PIM,但是端接不良或损坏的电缆可能会导致问题。小心屏蔽层中有接缝的电缆。随着电缆老化,这种接缝会腐蚀,导致PIM。电缆的中心导体也可能有故障,因为镀铜并不总能很好地粘附在铝芯上。如果制造不良,铜会剥落,产生金属颗粒和连接不良,有可能产生间歇性的PIM

随着温度的变化,电缆可以改变其物理配置。例如,阳光可以加热电缆,改变电气长度。在冷却时,恰好在长度上取消PIM的电缆可能会在温暖的一天改变其长度后显示出强烈的PIM,或者,它可以反过来工作,当冷和热时很好。此外,长度的物理变化可以使以前良好的连接成为差的,也产生PIM。最后,在尝试减少PIM时,电缆中的水不利。

在测试用于PIM稳定性的电缆时,将电缆与相关连接器相距12英寸,并将电缆旋转离其自然轴仅约1英寸。这通常足以显示与终止质量有关的任何问题。

天线

天线是任何传输系统的关键部分。它们充分利用信号或信号,如果它们产生任何PIM,它将与信号的其余部分一起广播。如果也用于接收,则PIM已经在导体中,没有传输损耗,准备对接收造成伤害。

天线易受疲劳断裂,冷焊点和腐蚀。由于PIM生成的机械性质,标准机构建议在PIM测试期间轻轻敲击天线,以查看是否会产生PIM尖峰。在安装之前还可以在地面上测试天线,这是强烈建议的。必须小心,因为天线将辐射高RF电平,并且特别容易受到可能导致错误故障的外部近场干扰。这可能是在现场进行的一项非常困难的测试,因此最好将第一个好天线放在一边并定期重新测试,以确保您的环境或测试设置没有改变。任何测试良好的设备都可以通过将天线指向栅栏来确认故障,垃圾箱或任何其他相当大的金属结构,因为这总是创建一个外部PIM源。然后可以在测试装置上测量该结果以确认将看到错误状况。

附近的腐蚀

任何附近的腐蚀都可能导致PIM。寻找生锈的栅栏,生锈的屋顶,生锈的桅杆螺栓等

远离塔架生锈将带来可靠性的好处,让维护人员在夜间睡得更好。

闪电避难所

虽然避雷器不会故意引起PIM,但它们是微电弧的来源。随着它们的老化,它们的击穿电压变得更低,直到最终RF功率峰值可以使它们以与天线或连接器微弧非常类似的方式电弧。如果其中一个连接器损坏,将导致传统意义上的PIM。这些产品遭受了令人难以置信的价格压力,并且是一个不像以前那样做得好的产品的一个很好的例子。

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