專欄文章

被動式交互調變最主要為元件非線性化所造成，在基站天線系統中，除了天線本體外，亦會與其他的被動元件串接使用，包括同軸饋線，多工器或濾波器等，因此，對於元件材質的選用與結構設計皆須完整考量。

被動式交互調變(Passive Inter-Modulation, PIM)主要發生於被動元件上，包括天線、饋纜、多工器、分波器或濾波器等，由於元件材質具有非線性特性，如鐵、鈷、鎳之磁性材料或表面氧化物等，或電性連接點接觸不良等效應所造成。因此，當兩個高功率載波訊號經由此類元件，極有可能誘發三階、五階或七階交互調變之功率位準變化。

若這些交互調變失真項次落於接收機頻段內，即會對基站端之上鏈路造成干擾，因此，需要進一步定義符合系統運作之IM3功率規範值。如圖一所示為兩個載波頻率f1與f2及兩者混頻後之IM3產物，在3G以前的通訊系統，其IM3的功率位準需小於≦-150dBc，基站端會發射兩個20W(43dBm)訊號載波出來，因此，若以絕對的功率位準來看，IM3數值需小於≦-107dBm。

此數值相當於系統最小接收功率靈敏度規格，若低於此值，則IM3項次可看做為背景雜訊。從圖中亦可發現2f2-f1會落於Rx頻段內，因此，需要嚴謹看待被動式交互調變所造成之影響，且2f1-f2、2f2-f1項次相鄰伴隨f1與f2出現，頻率間隔屬∣f1-f2∣等級。

因此，無法透過濾波器加以濾除，僅能控制位準大小不超出規範值，而其他奇數項次IM5、IM7…等，因功率位準皆小於IM3，因此，在評估上仍僅考量IM3項次即可。

圖一、主要載波頻率與IM3頻率之關聯性

 圖二為進行天線端PIM量測架構，屬Reverse PIM測試，主要是將兩個訊號透過合路器送至天線端，藉由反射回來的訊號至接收端以獲得IM3數值，此類為傳導模式之PIM量測架構。另一種架構為輻射模式之Forward PIM測試，需透過一個接收天線來做接收，再將訊號連接回接收端。兩種模式皆需要在無反射室進行，以避免天線周遭物體或環境對量測結果造成影響。因此，一般基站天線架設於戶外，需要考量天線周遭是否有大面積的反射體，若有，可能會造成PIM劣化。

圖三所示為測試一般被動元件之PIM量測架構，屬Reverse PIM測試，被動元件需在輸出端接上一個低PIM且可承載高功率之50歐姆負載。若為Forward PIM測試，會在被動元件輸出端另外連接一個雙工器，TX通道會連接至50歐姆負載，而RX通道會連接至接收端，以獲取IM3數值。因此，仍需端看測試元件類型選擇合 適的PIM量測架構。

圖二、天線系統之PIM量測架構(Reverse PIM)

圖三、被動元件之PIM量測架構(Reverse PIM)

參考資料

 [1] V. Golikov, S. Hienonen, P. Vainikainen, “Passive intermodulation distortion measurements in mobile communication antennas”, IEEE 54th Vehicular Technology Conference, 2001.

[2] Huseyin Aniktar, “Passive Intermodulation Effect on Antennas and Passive Components”, XXIX International Scientific Conference Electronics (ET), 2020.