高互調(diào)無源產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范

1、電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 賈寶富賈寶富 博士博士現(xiàn)代濾波器設(shè)計講座序言n本講座試圖給出減少濾波器、雙工器、合路器和塔頂放大器（Tower Mounted Amplifier ）等產(chǎn)品無源交調(diào)(PIM-passive intermodulation)的設(shè)計規(guī)范。遵循這些規(guī)范，設(shè)計師可以設(shè)計出低PIM產(chǎn)品。設(shè)計規(guī)范涉及4類問題：q金屬接觸；q鐵氧體材料；q電鍍q其它金屬接觸n有電流通過非理想金屬接觸處會產(chǎn)生PIM（無緣交調(diào)）。一般有3種方法來防止PIM：q減少關(guān)鍵區(qū)域中的電流密度q提高金屬的接觸質(zhì)量（螺釘處的接觸和焊點(diǎn)處的接觸）q從PIM的產(chǎn)生和測量來考慮增加隔離a)減少關(guān)鍵區(qū)域中的電流密度的方法

2、n避免調(diào)諧螺釘過長。采用更高的諧振器或階梯阻抗諧振器。n如果調(diào)諧螺釘必須深入諧振器，可以考慮增加諧振器內(nèi)部開孔的直徑。n避免耦合調(diào)諧螺釘 過長(距離腔體底部過近)。如果需要可以開更大的耦合窗口或者使用固定的基座。n把耦合螺釘放置在耦合窗口的中間位置（即使這意味著調(diào)諧范圍會更?。)減少關(guān)鍵區(qū)域中的電流密度的方法n諧振器的調(diào)諧螺釘要放置在中心 ；n使用M5的調(diào)諧螺釘比M3的更好； n把諧振器放置在適當(dāng)?shù)奈恢茫ㄇ惑w幾何形狀的重心附近）來使腔體壁上和諧振器自身的表面電流最小。a)減少關(guān)鍵區(qū)域中的電流密度的方法n在那些電流大的區(qū)域避免尖銳的邊緣，這些尖角也使電鍍變困難。q 耦合窗口q方形諧振器a)減

3、少關(guān)鍵區(qū)域中的電流密度的方法a)減少關(guān)鍵區(qū)域中的電流密度的方法n連接線。在可能的情況下，連接線使用圓柱形比帶狀更好。如果只能用帶狀，最好把邊倒圓角。n諧振器頂部 (階梯阻抗諧振器中間)a)減少關(guān)鍵區(qū)域中的電流密度的方法n諧振器和腔體連接的跟部n腔體內(nèi)部n盡可能使用大的腔體。天線結(jié)點(diǎn)附近的腔體要用更大的尺寸。n連接線盡可能用更粗或更寬的（例如接頭導(dǎo)線、同軸線、帶狀線、輸入輸出抽頭）。在低通濾波器高阻抗段避免直徑太小(1.5 mm)；n接頭導(dǎo)線、同軸線和帶狀線盡可能嘗試使用連貫和均勻的形狀n避免使用分段的諧振器。如果為了溫度補(bǔ)償一定要用分段諧振器，需要使用盡可能高的基座（以減少不連續(xù)區(qū)域中的電流）

4、。盡管其它諧振器都是分段的，第一個諧振器（靠近天線結(jié)點(diǎn)的那個諧振器）也可以考慮不使用分段結(jié)構(gòu)（但是對窄帶濾波器而言這幾乎是不現(xiàn)實(shí)的）。分段諧振器直徑不能太小（1/4腔體尺寸）。n設(shè)計腔體時，盡量選用最大可用的高度。n避免小的間隙（檢查耦合螺釘與窗口底部和耦合螺釘與交叉耦合結(jié)構(gòu)之間的距離）n耦合結(jié)構(gòu)盡量簡單，實(shí)現(xiàn)一組對稱的傳輸零點(diǎn)，盡量采用1個CQ結(jié)構(gòu)的交叉耦合而不是2個CT結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。b)提高關(guān)鍵區(qū)域接觸質(zhì)量（螺釘處的接觸和焊點(diǎn)處的接觸的方法）n固定蓋板的螺釘孔與濾波器殼體之間要留有間隙。n用平錐頭螺釘固定蓋板要優(yōu)于平頭螺釘。同時考慮使用更粗的固定螺釘。n確保濾波器上每個固定螺孔周圍有足夠的材

5、料包裹n減小蓋板與濾波器殼體頂部之間接觸的多余區(qū)域，可以去掉無用的材料，也可以改變腔體的形狀。n避免平行排列的蓋板螺釘之間的距離過近。如果不能避免，要指定擰上蓋板螺釘?shù)穆窂?順序。n避免蓋板與濾波器頂部的接觸區(qū)域太?。?mm），尤其在蓋板邊緣處。n在濾波器的頂部有長而薄的排骨狀的結(jié)構(gòu)，固定螺釘無法放置的地方挖去一些材料（例如1mm）n減少存在電流的金屬-金屬的接觸區(qū)域n端面接觸區(qū)域使用環(huán)形凸臺。n分段諧振器底部去掉一部分金屬材料，減少接觸面積。q在上面一節(jié)諧振桿上挖一個槽；n在兩個金屬結(jié)構(gòu)接觸的表面采用精密加工，例如：q濾波器蓋板q加載諧振器 n在那些表面電流較強(qiáng)的地方設(shè)置固定蓋板的螺釘。q距

6、離諧振器最近的位置q耦合窗口邊緣附近的位置q盡可能在低通濾波器的高阻抗線附近的位置q與垂直放置的傳輸線一致的位置n在關(guān)鍵區(qū)域使用足夠多的固定螺釘來確保蓋板蓋緊（一般而言不超過15mm）n要注意妨礙正常接觸的部分，務(wù)必要留出足夠的機(jī)械裝配公差，例如：q諧振器基座q圍繞接頭的涂料 n焊點(diǎn)的數(shù)量盡可能少?？紤]用螺釘式的結(jié)構(gòu)或者一體化的解決方案。q耦合窗口可以代替耦合環(huán)q用抽頭線或者焊接回路代替螺釘連接。q考慮采用一體式的接頭n在濾波器腔體上盡量避免使用感應(yīng)焊焊接。n使焊點(diǎn)容易操作和檢查，并且焊錫很容易流向焊點(diǎn)周圍。n避免兩個（或多個）焊點(diǎn)離的太近。c)減少無源互調(diào)泄露的方法 n把有高的過電壓和電流的

7、TX腔體放置在TX輸入端口附近（典型的是一些有較強(qiáng)負(fù)交叉耦合的腔體）n把有高的過電壓和電流的RX腔體放置在RX輸出（LNA）端口附近（通常是一些有較強(qiáng)正交叉耦合的腔體）n建議不要把低通濾波器放置在公共結(jié)點(diǎn)和天線端口之間。把低通濾波器放置在TX輸入端口之前，如果對RX有帶外要求，可以在RX輸出（LNA）端口之后再放置一個單獨(dú)的低通濾波器。這個原則不適用于TMAs (塔頂放大器),因?yàn)樵谶@種情況下ANT（天線）和BTS（基站收發(fā)臺）都有PIM的要求。n把PIM泄露的可能性降到最低。我們可以增加固定螺釘?shù)臄?shù)量，或者使用分離的蓋板，或者減小邊界的長度來降低泄露的可能性。一般而言潛在的泄露發(fā)生在以下幾種

8、邊界處：qRX和TX濾波器之間的邊界q天線連接線和TX濾波器之間的邊界q偏執(zhí)電路和TX濾波器之間的邊界鐵磁材料n如果表面有鐵磁材料，它可以吸收大部分的電流并產(chǎn)生PIM。當(dāng)在RF濾波器中使用這種材料時要特別注意。q螺釘q其他部分a) 螺釘n用鍍銀的螺釘（不用鋼制的螺釘或其他鐵磁材料）來固定濾波器腔體中的以下部分：q用Ultem支撐的探針q用Ultem支撐的傳輸線q一種代替焊接的輸入輸出抽頭q一種替代耦合環(huán)的正的交叉耦合線注：注：Ultem是是美國通用公司生產(chǎn)的聚醚酰亞胺（PEI）塑料n如果q諧振器開孔深度不夠（5mm）q在固定螺釘周圍諧振器有打通的開孔n需要使用鍍銀的固定螺釘（不用鋼制的螺釘或其

9、他鐵磁材料）來固定分段諧振器，n另外，也可以考慮在腔體底部安裝諧振器的固定螺釘。n避免鋼制的螺釘（例如固定接頭的螺釘、固定PCB板的螺釘）直接伸入腔體內(nèi)部?？梢杂眯〉幕崖葆敯饋怼) 其他部分n使用分段諧振桿結(jié)構(gòu)的時候，諧振器的材料選用黃銅而不用鋼。電鍍n避免表面有凹凸的棱角。這些區(qū)域電鍍會很困難。n 選擇合適成分和厚度的電鍍。如果必須要用鎳打底，那么只鍍一個薄層或者用無磁性的（磷的）鎳。在低IMD（交調(diào)失真）的環(huán)境下鐵磁材料上面的涂層厚度至少要有4-5倍趨膚深度的厚度。n 試著讓電鍍的厚度分布均勻一些。盡可能避免用長的或者深的孔和槽。可以打開一些外壁讓電鍍更容易一些。其他n讓有源和無源的PIM（例如低噪放、隔離器、防雷電路、表面貼裝器件、集總元件等）在TX頻段有足夠的衰減n在兩個雙工器的結(jié)構(gòu)中盡可能分離的蓋板。為了