基于电桥与滤波器组合方法的宽带高灵敏度无源互调测量

1.主要技术内容

传输PIM 测量与反射PIM 测量的具体技术方案如图5－8、图5－9 所示，主要包括：信号源1、信号源2、功率放大器1、功率放大器2、定向耦合器1、定向耦合器2、f1滤波器、f2滤波器、合路器、发射滤波器，第一3 dB 电桥、低通滤波器1、低通滤波器2、第二3 dB 电桥、接收滤波器1、接收滤波器2、吸收负载、低噪声放大器、频谱仪、带通滤波器、大功率负载。

图5-8　传输PIM 测量

图5-9　反射PIM 测量

信号源1、信号源2：产生两路测试信号f1、f2，f1＜f2。

功率放大器1、功率放大器2：对测试信号进行功率放大，得到大功率载波信号f1、f2。

定向耦合器1、定向耦合器2：耦合输出两路载波信号，检测载波信号功率。

f1滤波器：对第一路载波信号f1进行过滤，滤除前级链路产生的谐波、杂波等。其必须是大功率低通（或带通）滤波器。

f2滤波器：对第二路载波信号f2进行过滤，滤除前级链路产生的谐波、杂波等。其必须是大功率低通（或带通）滤波器。

合路器：将两路载波信号f1、f2合成一路测试载波信号。

发射滤波器：为大功率低PIM 带通滤波器，对合成后的载波信号进行过滤，滤除其他互调和杂散分量，保证进入待测器件的载波信号的纯度。滤波器中心频率为（f1＋f2）/2，通常要求在带外2f1－f2和2f2－f1处的抑制度＞80 dB，自身3 阶PIM 值≤－135 dBm＠2 ×43 dBm。

第一3 dB 电桥：实现载波和PIM 信号的功率分配及合成。其必须为大功率低PIM 的90°正交电桥，通常要求自身3 阶PIM 值≤－135 dBm＠ 2 ×43 dBm。

低通滤波器1、低通滤波器2：通过PIM 信号，反射载波信号。其必须为大功率低PIM 低通滤波器，可通过PIM 信号2f1－f2，3f1－2f2，4f1－3f2，…。通常，要求阻带内f1和f2处的抑制度＞100 dB，自身3 阶PIM 值≤－135 dBm＠2 ×43 dBm。这两个滤波器完全相同，须保证严格的一致性，相移差＜0.5°。

第二3 dB 电桥：实现PIM 信号的功率合成。(www.xing528.com)

接收滤波器1、接收滤波器2：进一步过滤PIM 信号，抑制其他杂波干扰。这两个滤波器完全相同。

吸收负载：吸收泄漏的小信号。

低噪声放大器：对PIM 信号放大。

频谱仪：检测PIM 信号。

带通滤波器：进一步过滤测试后的载波信号，为大功率低PIM 带通滤波器，可通过载波信号f1和f2，反射PIM 信号。滤波器中心频率为（f1＋f2）/2，通常要求在带外2 f1－f2和2 f2－f1处的抑制度＞80 dB，自身3 阶PIM 值≤－135 dBm＠2 ×43 dBm。

大功率负载：吸收测试后的载波信号。其为低PIM 大功率负载，通常要求自身3 阶PIM 值≤－135 dBm＠2 ×43 dBm。

信号源1、信号源2 分别产生测试信号f1、f2，分别通过功率放大器1、功率放大器2 进行功率放大，以获得大功率测试载波信号f1、f2，两路载波信号f1、f2分别通过定向耦合器1、定向耦合器2，实现功率耦合检测并确保送入待测器件的功率达到测试要求，然后分别通过f1滤波器和f2滤波器，对前级链路产生的谐波、杂波等进行抑制。滤波后的两路载波信号f1、f2通过合路器进行合成，合成后的载波信号经过发射滤波器，滤除测试载波信号以外的其他频率信号，得到纯净的f1、f2测试载波信号。

如图5－8、图5－10 所示，进行传输PIM 测量时，发射滤波器输出的测试载波信号输入待测器件，待测器件产生载波和PIM 混合信号，进入第一3 dB电桥端口1，从端口2、3 将功率分配输出，此时端口2、3 间的信号相位差为90°，混合信号分别经过低通滤波器1 和低通滤波器2 后，测试载波信号被反射回第一3 dB 电桥，从第一3 dB 电桥的端口4 输出，经过带通滤波器过滤后被大功率负载吸收。两路PIM 信号进入第二3 dB 电桥的端口1、4，端口1、4处的两路PIM 信号的相位差为90°，合成后从第二3dB 电桥的端口3 输出，经过接收滤波器2 进一步抑制杂波，然后经低噪声放大器后由频谱仪检测；第二3 dB 电桥的端口2 通过接收滤波器1 后连接吸收负载。

图5-10　PIM 测试实现原理（传输测量）

反射PIM 检测与传输PIM 检测的原理类似，主要是待测器件的连接位置不同。如图5－9 所示，发射滤波器输出的测试载波信号输入第一3 dB 电桥的端口1，待测器件连接在第一3 dB 电桥的端口4 与带通滤波器之间，载波信号通过第一3 dB 电桥后在第一3 dB 电桥的端口2、3 被低通滤波器1 和低通滤波器2 反射，从第一3 dB 电桥的端口4 输出至待测器件，待测器件产生的反射PIM信号从端口4 进入第一3 dB 电桥，从第一3 dB 电桥的端口2、3 将功率分配输出，此时端口2、3 输出信号的相位差为－90°，分别经过低通滤波器1 和低通滤波器2 后进入第二3 dB 电桥的端口1、4，端口1、4 处两路PIM 信号的相位差为－90°，合成后从第二3 dB 电桥的端口2 输出，通过接收滤波器1 进一步抑制杂波，然后经低噪声放大器后由频谱仪检测，第二3 dB 电桥的端口3 通过接收滤波器后连接吸收负载。测试载波信号通过带通滤波器过滤后被大功率负载吸收。

传输PIM 测量方式与反射PIM 测量方式切换时，除了需改变待测器件的连接位置外，还需将吸收负载和低噪声放大器、频谱仪的位置互换。

本节提出了一种采用90°相位3 dB 电桥结合低通滤波器实现宽带PIM 测量的方法，巧妙地利用了90°相位3 dB 电桥的相位及信号合成特性，结合低通滤波器，有效地分解了传统PIM 检测中高隔离和宽带宽的矛盾，利用电桥的宽带性能保证宽带信号的通过，而对载波和PIM 信号的分离则采用低PIM 低通滤波器实现，通过这样一种组合，只需要提高低通滤波器的带外抑制度，即可实现收（PIM）发（载波）通道间的高隔离度，从而能避免传统方法实现宽带测量时收发双工器技术指标难以实现的问题，有效地降低设计难度。而且，该方案中的所有关键部件均可以通过波导结构实现，从而可使系统整体获得更加稳定的低残余PIM 性能，实现宽带高灵敏度的PIM 测试。

依据此方案，中国空间技术研究院西安分院设计实现了S 频段宽带高灵敏度PIM 测试系统，采用波导结构，在载波为2 160 MHz 和2 210 MHz 时，可以同时实现3 ～15 阶的PIM 测试，系统自身3 阶残余PIM ＜－130 dBm＠ 2 ×43 dBm，7 阶残余PIM ＜－150 dBm＠2 ×43 dBm，同时具备了宽接收频带、大功率和高灵敏度性能，验证了该方案的有效性。