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互調(diào)失真（IMD）是音頻電路設(shè)計(jì)者們眾所周知的實(shí)現(xiàn)高保真的阻礙。同時，高頻電路設(shè)計(jì)工程師也非常重視這個參數(shù)。在無源電路（如天線，電纜和連接器）中，互調(diào)失真也會存在，即無源互調(diào)（PIM）。很簡單，PIM會造成干擾，PIM的產(chǎn)生是由于無源電路中的非線性引起。通常被傳輸信號都是由基波和其諧波成分組成。當(dāng)相鄰兩個或多個信號同時傳輸時，電路中的非線性會導(dǎo)致不同的信號諧波混合并產(chǎn)生額外的雜散信號，這些雜散信號會阻塞或干擾接收器所需信號的接收。

不希望出現(xiàn)的PIM產(chǎn)物可能是由若干因素導(dǎo)致的，包括了傳輸?shù)亩鄠€信號的振幅與頻率、電路傳輸線的結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用中的電流密度和功率水平等。當(dāng)存在多個信號時，通常用它們的基頻f1和f2來描述。它們的PIM信號的頻率則是由基頻信號的不同諧波之間的產(chǎn)生的。

如果用f1和f2表示兩個基波頻率，信號的二次和三次諧波2f1和3f1以及2f2和3f2，將產(chǎn)生其頻率接近兩個原始信號的四個額外信號：3f1 - 2f2;2f1 - f2;f1;f2; 2f2 - f1和3f2 - 2f1。根據(jù)發(fā)射/接收機(jī)的緊湊設(shè)計(jì)，PIM造成的雜散信號可能會落在接收機(jī)的帶寬內(nèi)并干擾兩個所需信號的接收。

例如，在蜂窩頻率范圍內(nèi)，原始的發(fā)射頻率分別為890MHz和892MHz的信號f1和f2可能會產(chǎn)生頻率為1780 MHz的2f1,頻率為2670 MHz的3f1, 頻率為1784 MHz的2f2, 以及頻率為2676 MHz的3f2。除了890MHz和892 MHz的f1和f2之外，由此產(chǎn)生的PIM產(chǎn)生的雜散信號頻率還將包括3f1 - 2f2 = 886 MHz; 2f2 - f2 = 888 MHz; 2f2 - f1 = 894 MHz; 和3f2 - 2f1 = 896 MHz。與5階互調(diào)雜散信號相比，3階互調(diào)雜散信號具有更高的振幅且會造成更嚴(yán)重的問題。正因?yàn)槿绱耍琍IM評估通?？紤]的是三階互調(diào)雜散信號，而不是第五階或更高級別的互調(diào)雜散產(chǎn)物。

可以明顯看出，接收通道的頻率與發(fā)射通道的頻率非常接近，非?？赡苁艿礁逷IM產(chǎn)物的影響。PIM產(chǎn)生的信號幅度很大程度上取決于原始信號的功率水平。同時需要注意的是這個例子只展示了兩個信號及其二次和三次諧波;如果具有更多的基波信號和更高的信號幅度，其中混合過程中涉及更多的諧波，產(chǎn)生的PIM產(chǎn)物將會變得更加復(fù)雜。

金屬對PIM的影響

PIM的產(chǎn)生通常歸咎于無線基站和其他通信系統(tǒng)（例如同軸連接器接口）的金屬對金屬觸點(diǎn)的質(zhì)量。系統(tǒng)中諸如發(fā)射機(jī)連接器接口等部分，由于電路接口的接觸不良，或者來源于金屬表面上的污物或氧化以及其他形式的污染等造成的金屬-金屬的不一致性，從而導(dǎo)致非線性。當(dāng)這些接觸不良或污染的金屬-金屬表面施加的電壓，且具有高電流密度下時，其非線性就會電路中產(chǎn)生PIM產(chǎn)物。

對于電路材料廣泛的研究表明，PIM更多的是由電路、組裝或系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成的，而不是由于電路材料本身的性質(zhì)，如介電常數(shù)、介質(zhì)損耗所導(dǎo)致的。盡管如此，選擇一種恰當(dāng)合適的電路材料可幫助保持較低的PIM水平，而減小PIM的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)中的金屬表面。具有銅-介質(zhì)界面較光滑的銅箔表面的電路板材相比粗糙的銅箔表面的電路板材會展現(xiàn)出更低的PIM。由于這種材料特性，尋求具有低PIM的印刷電路板（PCB）天線的設(shè)計(jì)者即可選擇在銅-介質(zhì)基板界面處具有最小銅表面粗糙度的電路層壓板。

選取羅杰斯公司的RO4534?電路板進(jìn)行了一些PIM的實(shí)驗(yàn)。RO4534?是一種低PIM，天線級，高頻電路層壓板，在10GHz下具有0.0027的低損耗因數(shù)，Dk值是3.4±0.08。為了探究電路材料在高頻PIM性能中的作用，在同一片RO4534?電路層壓板上設(shè)計(jì)了三種不同類型的微帶電路，以比較相同的材料上電路結(jié)構(gòu)的差異如何影響PIM性能。

這三種電路分別是微帶傳輸線，邊緣耦合帶通濾波器（BPF）和階梯阻抗低通濾波器（LPF）。 三種電路的電流密度不同，PIM性能也不同。最小電流密度為4.5 A / m的微帶傳輸線具有-157 dBc的最低PIM。BPF在其邊緣耦合部分具有23 A / m的高電流密度，在三個電路中的PIM性能最差，為-128 dBc。 在這兩者之間，電流密度落在微帶傳輸線和BPF之間的LPF（12 A / m）的PIM性能也在兩個其他電路之間，為-143 dBc。

由同一組線路板材料制作的電路在PIM性能上的如此巨大的差異表明：電路是造成PIM差異的原因，而不是材料。電路結(jié)構(gòu)的差異造成了電流密度的差異以及對電路的線性度的影響，由此產(chǎn)生的PIM性能的差異。如最簡單的電路- 微帶傳輸線- 具有最低的電流密度和最佳的PIM性能。本質(zhì)上，一個能夠?qū)崿F(xiàn)線性特性的電路具有優(yōu)秀的PIM性能，就像線性度較低的電路結(jié)構(gòu)會有更差的PIM性能一樣，即使使用相同的電路材料。

盡管PIM不是一種電路材料的基本屬性，但羅杰斯公司(Rogers Corp.)對天線級電路材料的PIM性能進(jìn)行研究和分析已有相當(dāng)一段時間(17年)。在這段期間，大量的測試結(jié)果數(shù)據(jù)庫能幫助我們深入了解這些材料上制造的電路以及材料本身，并幫助我們更好地理解這些材料本身以及信號功率和電流密度對PCB PIM性能的影響，從而幫助我們的客戶開發(fā)低PIM PCB天線和其它無源電路設(shè)計(jì)，例如濾波器等。因此，羅杰斯的天線級材料，如RO4534?層壓板，在寬帶頻率范圍內(nèi)可提供一致、可預(yù)測的PIM性能，從而能夠設(shè)計(jì)出線性度最高的多種電路結(jié)構(gòu)。