王立奎,尹燕芳,王繼志（山東科技大學(xué)通信工程系,山東 青島 266590）

降低天線三階無源交調(diào)的工藝方法研究

王立奎,尹燕芳,王繼志
（山東科技大學(xué)通信工程系,山東 青島 266590）

無源交調(diào)對(duì)通信系統(tǒng)性能有極大的影響。在對(duì)基站天線無源三階交調(diào)測(cè)量的基礎(chǔ)上，對(duì)影響三階無源交調(diào)的主要工藝因素進(jìn)行分析，詳細(xì)給出了天線加工制作過程中降低無源交調(diào)的一些工藝方法。

天線；無源交調(diào)；工藝方法

0 引言

目前，智能手機(jī)、IPAD等移動(dòng)終端設(shè)備越來越多地出現(xiàn)在日常生活中，流暢清晰的高質(zhì)量音、視頻信號(hào)是人們迫切希望的。移動(dòng)通信基站天線承載著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與終端設(shè)備的連接，直接決定信號(hào)的傳輸質(zhì)量。由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)產(chǎn)生的有源交調(diào)干擾，可通過適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)隔離實(shí)現(xiàn)最小化[1]。天線的無源交叉調(diào)制簡(jiǎn)稱無源交調(diào)（PIM：Passive Intermodulation）基本上來自金屬接觸和材料非線性。接觸非線性是指非線性的電流與電壓接觸，如調(diào)諧螺絲、鉚釘結(jié)合處的松動(dòng)、氧化和腐蝕等；材料非線性指具有固有非線性電特性的材料，如鐵磁材料和碳纖維等[2][3]。無源交調(diào)問題有很大的復(fù)雜性，對(duì)之進(jìn)行精確分析和建模是非常困難的。一些研究者對(duì)其進(jìn)行了近似的分析和研究，并提出降低通信系統(tǒng)中的無源交調(diào)的若干措施[3][4]，另外，良好的工藝、嚴(yán)格的質(zhì)量控制也非常重要。本文首先介紹了無源交調(diào)的基本概念和測(cè)量裝置，分析了影響無源交調(diào)的主要工藝因素，在大量實(shí)驗(yàn)調(diào)測(cè)的基礎(chǔ)上，給出了天線加工制作過程中降低無源交調(diào)的主要工藝方法。

1 天線的無源交調(diào)與測(cè)量裝置

天線的無源交調(diào)是指當(dāng)兩個(gè)頻率為f1與f2的信號(hào)輸入到天線，由于天線的非線性，天線輻射的信號(hào)中除了頻率為f1與f2的信號(hào)外，還包含其它頻率的信號(hào)，如2f2-f1和2f1-f2（3階）等，如圖1所示，這些3階信號(hào)電平足夠大時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)性能下降。

采用SUMMITEK S1-900B型無源交調(diào)測(cè)試儀作為測(cè)試設(shè)備，設(shè)定測(cè)試頻率f1=945MΗz，f2=960MΗz，交調(diào)頻率2f1- f2=930MΗz，兩路信號(hào)功率電平都是43dBm.實(shí)際制作了GSM/CDMA基站天線，在調(diào)試和裝配過程中嘗試了不同的工藝方法，使測(cè)量的天線的三階交調(diào)指標(biāo)小于-107dBm。

2 降低三階無源交調(diào)的工藝方法

在移動(dòng)通信基站天線的所有指標(biāo)中，三階無源交調(diào)指標(biāo)要求達(dá)到IM3＜-107dBm，這個(gè)指標(biāo)較難實(shí)現(xiàn)，其牽涉的因素較多，包括天線組成部件，如接頭、電纜及饋電網(wǎng)絡(luò)等的材料，所用焊接工具電烙鐵、焊接溫度及控制，這些因素都會(huì)影響IM3。通過天線交調(diào)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)影響三階交調(diào)的主要因素，以便在生產(chǎn)實(shí)踐中控制主要環(huán)節(jié)，提高天線成品率。

2.1 焊接工具及其對(duì)IM3的影響

基站天線裝配環(huán)節(jié)過程中，需要用電烙鐵把接頭、電纜、饋電網(wǎng)絡(luò)及L型探針用焊錫把它們焊接起來，因而電烙鐵是天線生產(chǎn)不可或缺的必備工具。選擇合適的電烙鐵，正確的焊接前準(zhǔn)備及使用后的處理，對(duì)天線三階無源交調(diào)指標(biāo)具有極大的影響。最好能選擇帶三線插頭的電烙鐵，目的是使電烙鐵外殼接地，避免帶電焊點(diǎn)吸附碎屑雜質(zhì)影響天線指標(biāo)。

電烙鐵使用前，應(yīng)用鐵銼挫烙鐵頭，然后用細(xì)砂紙打磨，通電加熱，蘸上松香后用烙鐵頭刃面接觸焊錫絲，以使烙鐵頭均勻地鍍上一層焊錫，這樣便于焊接并防止烙鐵頭氧化。

在生產(chǎn)過程中，焊接時(shí)應(yīng)該注意焊錫的用量，防止烙鐵頭上焊錫過多現(xiàn)象。過多的錫可用布擦掉，避免處置不當(dāng)，稱為三階無源交調(diào)的新來源。

焊接時(shí)由于溫度較高，在銅表面容易生成氧化物。在焊接時(shí)，氧化物很容易脫落。由于使用的電烙鐵的功率較大（通常大于100W），因此，烙鐵頭的表面，銅很容易被氧化.氧化產(chǎn)生的金屬碎屑很容易落入焊點(diǎn)之中，必然會(huì)對(duì)交調(diào)指標(biāo)產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，用帶有氧化層的電烙鐵頭焊接，會(huì)影響IM3功率電平8～9dB，因此要適當(dāng)注意焊接后電烙鐵的保管存放，盡量放在干燥的環(huán)境中，避免烙鐵頭表面緩慢氧化。

2.2 焊錫選擇與焊接溫度控制

焊錫絲的規(guī)格一般用m/n表示，m/n指焊錫絲含量中有m%的錫，n%的鉛.另外，焊錫絲中還含有一些雜質(zhì)。在焊接過程中，一般是將銅焊接在一起，溫度在400以下時(shí)將生成Cu2O，在400-975間，生成CuO.氧化銅是一種銅的黑色氧化物，是一種絕緣體，氧化亞銅為一價(jià)銅的氧化物，是一種高導(dǎo)電率的p型半導(dǎo)體，由于其半導(dǎo)體的性質(zhì)，將會(huì)增加交調(diào)的功率電平。

一般常用的細(xì)焊絲是0.5-0.75mm，粗焊絲是1.2-1.5mm.應(yīng)選用適合焊點(diǎn)大小要求的焊錫絲.若選用不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的焊錫過多或過少，實(shí)驗(yàn)表明這會(huì)輕微提高交調(diào)功率電平0.1～0.5dB。

實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，焊錫絲的主要成分似乎不影響天線的無源交調(diào)，相對(duì)來說，焊錫絲的雜質(zhì)含量對(duì)交調(diào)的影響較大。雜質(zhì)含量越小，對(duì)交調(diào)的影響越小[5]。

焊接前應(yīng)消除焊接部位的氧化層，可用小刀刮去金屬引線表面的氧化層，使引線露出金屬光澤，但要防止金屬碎屑?xì)埩?。焊接前，烙鐵頭刃面上要吃錫。焊接時(shí)應(yīng)將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處，電烙鐵與水平面大約成60度，以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處停留的時(shí)間控制在2-3秒鐘.特別要注意烙鐵頭的停留時(shí)間：時(shí)間過短，焊錫還沒有完全熔化，容易造成虛焊；時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)在焊點(diǎn)表面生成氧化層，成為交調(diào)的來源。若在2-3秒鐘沒有焊好，要等焊點(diǎn)冷卻下來后再焊，否則會(huì)產(chǎn)生氧化層[5]。

焊接時(shí)，要保證每個(gè)焊點(diǎn)焊接牢固，接觸良好。合格的焊點(diǎn)應(yīng)是錫點(diǎn)光亮，圓滑而無毛刺，錫量適中，錫和被焊物融合牢固，不應(yīng)有虛焊和假焊，焊點(diǎn)上不能有毛刺，因?yàn)槊虒?dǎo)致電流密度過于集中，是交調(diào)干擾的一個(gè)來源.對(duì)于正確的焊接，焊后只需用酒精清洗即可。當(dāng)焊點(diǎn)有氧化層和毛刺時(shí)，必須用砂紙打磨，再用酒精清洗。

2.3 雜質(zhì)

天線的組成部件材料主要是由鋁和銅加工制作的，加工工具主要是鋼制品，在加工組件過程中往往有鋁屑、銅屑等金屬碎屑.這類金屬碎屑會(huì)影響天線的IM3指標(biāo)，提高交調(diào)功率電平。在天線底板、鋁、銅墊件加工完成后，進(jìn)入生產(chǎn)線裝配之前必須清洗干凈。對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試，未經(jīng)清洗處理的比經(jīng)過清洗處理的，IM3交調(diào)功率電平提高1-2dB。

生產(chǎn)車間清掃過程中產(chǎn)生的灰塵，生產(chǎn)裝配過程中人工接觸后留下的汗?jié)n，測(cè)試裝拆過程中的細(xì)微金屬粉末顆粒等都會(huì)對(duì)交調(diào)IM3指標(biāo)產(chǎn)生影響.空氣中的有機(jī)物、近海空氣中的鹽分會(huì)腐蝕金屬，造成天線交調(diào)指標(biāo)的不穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為今天IM3測(cè)試合格的天線，一周或一段時(shí)間后再測(cè)試，其IM3指標(biāo)又不合格了。所以對(duì)IM3測(cè)試合格的天線焊點(diǎn)要做防護(hù)，以保持天線IM3指標(biāo)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

天線加工工藝對(duì)交調(diào)的影響較大，多年的實(shí)驗(yàn)表明，在器件、材料的制作加工過程中采用正確的工藝方法可降低交調(diào)的功率電平。

[1]Qiu Chenxi，Shen Haiying，Soltani Sohraab，Sapra Karan. CEDAR: An optimal and distributed strategy for packet recovery in wireless networks. INFOCOM, 2013 Proceedings IEEE,

[2]Arazm, F. Benson, F.A. Nonlinearities in Metal Contacts at Microwave Frequencies. Electromagnetic Compatibility[J]. IEEE Transactions on. Vol. EMC -22, No.3, 1980: 142-149.

[3]Lui,P.L. Passive intermodulation interference in communication systems[J]. Electronics and Communications Engineering Journal. Vol.2, No.3, 1990: 109-118.

[4]張世全,葛德彪.通信系統(tǒng)無源非線性引起的互調(diào)干擾[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,32(01):58-62.

[5]王繼志.移動(dòng)通信基站天線中幾個(gè)關(guān)鍵問題的研究[D].山東科技大學(xué),2003(05).

王立奎（1970-），男，山東費(fèi)縣人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)技術(shù)。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.195