【技术】通往5G之路：在sub-6GHz的5G天线中影响无源互调PIM的因素

2018-03-08 ROGERS(世强编辑整理) 馨小喵
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无源互调（PIM）作为互调失真的一种，是由无源器件（例如天线、电缆、连接器或带有两个或以上大功率输入信号的双工器）产生的，传输路径中的PIM会降低无线通信系统的质量。本文主要从两个方面描述ROGERS公司对其的研究：一是对PIM的测试方法与结果；二是材料及PCB加工过程中对PIM的影响。

 

IEC62037测试规范中定义了PIM总的测试方法，但没有具体定义电路材料的测试方法，Rogers公司与其他天线设计公司紧密合作，共同研究PIM的测试方法并相互修正。如图1所示是Rogers公司测试PIM的实物图，使用141半柔性低互调线缆连接微带线两端，线缆一端连接低互调无源负载，一端连接PIM测试设备，测试设备采用凯镭思IQA-1921C，支持频段在1900MHz，其中红色夹用于固定线缆与电路板，从而减少测试过程中由于移动与应力对结果产生的影响，最终得到PIM值与时间的关系。由于PIM值非常低，通常要求是-160dBc或-156dBc以下，它功率非常小，极易受到外界因素的影响，因此在测试过程中需要不断调整线缆与连接器，以及检查焊接点是否完善，以减少不必要的因素导致对PIM值测试结果的影响。


     

图1  Rogers公司测试PIM的实物图示

 

如图2所示，选择60mil RO4730G3TM材料进行PIM值测试，采用12inch、50Ohm微带传输线，测试时间总共约60s，共捕捉了500多个PIM值，在去除了最好与最差的5%的值后，取其平均值得到图2所示的结果。


图2  PIM值与时间的关系

 

PIM是电路的一种基本属性，而非材料属性。为了验证这一点，Rogers公司选择相同材料的相邻区域制作电路来进行比较PIM值。如图3所示，是基于32.7mil RO4535TM材料的相邻区域制作不同电路对PIM值进行比较。从图中可以看出，所设计的带通滤波器具有最高的电流密度，达到23A/m，其PIM值最差，仅约-128dBc；所设计的低通滤波器最大电流约为12A/m，其PIM值在-144dBc左右；而微带传输线的电流密度是三者中最小的，为4.5A/m，其PIM值最好，为-156dBc。从而得出结论，PIM值受电流密度的影响与设计的电路有关，而非材料的影响。


图3  相同材料不同电路对PIM值的影响

 

此外，材料的铜箔表面粗糙度也会对PIM值产生影响。如图4展示了铜箔表面粗糙度对PIM值的影响曲线。可以看出，当Rq值达到4.5或4时（即曲线右侧），其PIM值仅有-130或-140dBc左右；而Rq值达到0.5甚至低于0.5时，其PIM值能达到-160dBc及以下。这也能进一步说明，铜箔表面越粗糙，其PIM值越差，反之铜箔表面越光滑，PIM值越好。


图4  铜箔表面粗糙度对PIM值的影响曲线

 

电路加工过程中，许多因素也都会影响PIM值，比如阻焊绿油和化学锡。对于32.7mil RO4534TM Lot A材料，使用裸铜的电路其PIM值为-144dBc，而阻焊绿油&化学锡电路的PIM值为-158dBc；对于32.7mil RO4534TM Lot B材料，裸铜电路的PIM值为-150dBc，而阻焊绿油&化学锡电路的PIM值为-156dBc；对于30.7mil RO4730JXRTM材料，裸铜电路的PIM值为-154dBc，而阻焊绿油&化学锡电路的PIM值为-159dBc。可以看出，电路使用阻焊绿油和化学锡进行表面处理可以优化PIM。

 

不同的表面处理工艺也会对PIM值产生些许影响。从图5可以看出，化学镍金的PIM值最差，接近-135dBc左右；而阻焊绿油与化学锡如前面所说，可以改善PIM性能，不过化学锡的厚度对于PIM值几乎没有影响。


图5  表面处理工艺对PIM值的影响

 

综上所述，设计的电路、铜箔表面粗糙度、表面处理工艺等都是影响PIM的因素。


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全部评论（117）

  • 用户42895556 Lv3 高级工程师 2020-12-15
    请问一下；在5G的阵列天线中还需要管控PIM吗？
    • 北冥之鲲_世强回复： 5G基站的天线还是要考虑PIM这个指标的，推荐采用ROGERS的RO4730G3设计，PIM可以达到-165dBc，数据手册请参考Rogers（罗杰斯）RO4700™系列RO4725JXR™/RO4730JXR™/RO4730G3™天线级层压板数据手册（中文版）

      查看全部1条回复

  • 北冥之鲲 Lv8 2018-12-10
    无源互调在天线设计中很关键
  • 用户42895556 Lv3. 高级工程师 2020-12-09
    大咖，请问一下；在5G的阵列天线中还需要管控PIM吗，
  • 贴片锅仔按键华军18588238528 Lv2 2019-06-05
    学习了，不错的资源，我是做耳机手机锅仔按键的
  • 静若安好 Lv6. 高级专家 2019-01-24
    知道了，学习一下
  • 混世小魔王 Lv4. 资深工程师 2019-01-23
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  • 小m Lv5 2019-01-22
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  • NASA911 Lv8. 研究员 2019-01-18
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Rogers公司在高频层压板上采用厚金属覆层，从而增加了产品在散热、空间稳定以及安装方面的优势，然后通过典型性能、成本、功率与射频损耗等方面对铝、铜、黄铜进行比较，以期帮助工程师选择合适的厚金属材料，最后介绍了高频层压板加工过程的注意要点以及其在天线设计、功率放大器、微波器件等方面的应用。

应用方案    发布时间 : 2018-03-06

FR-4升级替代首选Kappa™438板材，完全兼容FR-4加工工艺，兼具低成本和低损耗

Rogers公司的突破级板材KAPPA™438拥有与FR-4相匹配的介电常数（DK），可以轻松实现替换设计。

器件选型    发布时间 : 2017-08-31

如何在不增加电路面积的前提下实现有效散热？

在多层电路的设计中，我们往往需要在散热与小型化中抉择，但经过散热率、介电常数、损耗因子三大参数的比较，我们发现使用高性价比的92ML™导热环氧树脂半固化片电路材料可以在不增加电路面积的前提下，实现更有效的散热管理！

技术探讨    发布时间 : 2019-08-29

Rogers（罗杰斯） RO4725JXR,RO4730JXR 天线级层压板数据手册（中文）

型号- 4730JXR 24X18 1TC/1TC 0607+-004/DI,4730JXR 48X36 1TC/1TC 0607+-004/DI,RO4725JXR 碳氢化合物/陶瓷/玻璃布,4725JXR 48X36 1TC/1TC 0607+-004/DI,4730JXR 24X18 1TC/1TC 0407+-003/DI,4730JXR 24X18 1TC/1TC 0307+-002/DI,4725JXR 24X18 1TC/1TC 0607+-004/DI,RO4730JXR 碳氢化合物/陶瓷/玻璃布,RO4725JXR™,4730JXR 48X36 1TC/1TC 0307+-002/DI,4725JXR 48X36 1TC/1TC 0307+-002/DI,4725JXR 24X18 5TC/5TC 0607+-004/DI,RO4730JXR™,RO4700

数据手册  -  ROGERS  - #92-168CS  - 2014年11月07日 PDF 英文 下载

【产品】FR-4之外更好的选择！Dk4.38的热固性层压板Kappa™438

Kappa™438层压板具有低Z轴CTE和高Tg特性，可以提高设计灵活性，PTH可靠性和自动组装兼容性。

新产品    发布时间 : 2017-05-08

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品牌：嘉康电子

品类：Ceramic antenna

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品类：Multilayer Chip Attenna

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VC散热器定制

可定制均温板VC最薄0.4mm，有效导热系数超5,000 W / m·K（纯铜(401 W/m·K ，石墨烯1,200 W/m·K）。工作温度范围同时满足低于-250℃和高于2000℃的应用，定制最低要求，项目年采购额大于10万人民币，或采购台套数大于2000套。

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高频多层混压PCB板快速打样/定制

可加工PCB板层数：1~30层，板材类型：单双面板/多层板/HDI盲埋孔板/高频高速板/微波射频天线板/高精度阻抗板/厚铜板/微波FR4/耐腐蚀光模块PCB等，成品尺寸：5*5cm~58*70cm； 板厚0.2~6mm。

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