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天线 信号分析 解决方案
产品特写
 
适用于基站天线的新型低PIM层压板
材料来源:《微波杂志》2018年11/12月号           录入时间:2018/12/12 17:12:09

基站天线一直是无线蜂窝通信系统的重要组成部分。评估天线的好坏有诸多指标,其中,无源互调(PIM)是尤为重要的一个参数。PIM对接收机的灵敏度会产生影响,降低系统容量和数据速率,从而导致通话掉线率增高。虽然PIM并不是所有系统中的关键参数,但在CDMA、LTE和5G FDD系统中,PIM是设计天线时需要考虑的典型因素。

在天线系统中,PIM是由系统内部各种非线性因素导致的,通常是由两个较高功率的信号相互混合所造成的。如果两个信号分别用f1和f2来表示,则互调会发生在2*f1-f2和2*f2-f1(三阶交调产物)、3*f1-2f2和3*f2-2f1(五阶交调产物)等地方(见图1)。如果三阶或其它阶交调产物落在接收频带内,PIM就会导致接收机无法接收实际需要的信号。

图1 PIM产物示意图

PIM值常以dBc为单位,表示的是互调产物的功率值低于两个基准信号多少dB。对输入功率为43 dBm(20W)的单音信号,测量得到-110dBm的三阶互调产物就相当于-153 dBc的PIM。曾经-153 dBc被认为是PIM敏感应用比较适合的功率水平,但现在越来越多的系统要求-160 dBc或更优良的性能。由于受测量系统的噪声水平的限制,比-165 dBc更低的PIM水平是难以验证的。

天线系统中存在各种潜在的PIM来源:不同金属之间的接触面、松动的连接器、有缺陷的焊点以及污垢、灰尘污染,尤其是铁磁性材料的残留污染等。无论是作为辐射元件还是馈电网络,印刷电路板(PCB)技术在天线中的应用越来越多。对于PCB天线来说,虽然PIM是电路的基本特性,但射频电路材料的选择对其存在一定的影响。众所周知,理想的线路板材料具有较低的损耗和严格介电常数的容差控制,通过高水平的铜箔粘附工艺,实现了光滑铜箔表面与介质的结合。然而,铜箔与介质材料界面的粗糙度对PIM有显著的影响。图2说明了PIM与铜表面粗糙度之间的关系。

图2 PIM随铜箔表面粗糙度的增加而增加

罗杰斯公司是高频微波电路板材料行业的领导者。对于基站天线的应用,罗杰斯为工程师提供基于PTFE的ADTM系列产品和基于碳氢树脂体系的RO4500TM和RO4700TM产品。RO4000®材料通常被用于集成度高的多层板设计,或者对材料刚性度有一定要求的天线元件中;而为了得到更好的电气性能,ADTM系列材料具有更低的介质损耗因子,同时具有更广的介电常数选择范围。

虽然所有这些材料都提供了低PIM性能,但罗杰斯同时也推出了其最新的、行业领先的低PIM产品:IM系列™层压板。

IM™系列是AD300D™、AD255C™和DiClad880®天线级线路层压板的另一种选择。IM™系列产品使用的是一种超光滑的电解铜箔,其铜箔粗糙度的Rq仅为0.5μm(利用非接触干涉法测量),同时还保持了与介质基板表面良好的附着力(见图3)。

图3  0.5μm IM铜箔(a)与1.0μm反转铜箔(b)表面粗糙度示意图

这些使用IM铜箔压合的材料的PIM典型值为-165dBc,测量结果是使用两个43dBm的单音信号扫频得到的。然而这种新材料的真正优点并不仅仅是具有较低的PIM值,其一致性也得到了严格控制。随着新设备的引进和新的质量控制检查的引入,罗杰斯有能力提供更加优秀的低PIM材料。除了满足PIM规范外,保持一致且较低的PIM的主要好处在于天线制造过程中具有更高的产量和减少报废。如图4所示,与上一代AD300CTM电路板相比,AD300DTM-IM的PIM的平均性能有6dB的显著改善,且PIM的分布受到更加严格的控制。

图4 AD300DTM-IM与带有S1铜箔的AD300CTM的PIM分布比较。

罗杰斯公司的每一块线路层压板都经过精心的设计和制造,可满足当今射频工程师的需求。随着新的IM系列射频电路板的推出,罗杰斯将继续为天线设计工程师研发领先的、满足最严格PIM规范的产品。

 

Rogers Corp.

Chandler, Ariz.

www.rogerscorp.com


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