eng
Выпуск #8/2025
К. Джуринский
Радиочастотные соединители и кабели как источники пассивной интермодуляции в системах беспроводной связи
Радиочастотные соединители и кабели как источники пассивной интермодуляции в системах беспроводной связи
Просмотры: 519
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.250.8.114.118
На основе большого числа зарубежных и отечественных публикаций рассмотрены физические процессы возникновения пассивной интермодуляции в радиочастотных соединителях и кабелях, применяемых в системах беспроводной связи. Приведены способы уменьшения уровня пассивной интермодуляции.
Ключевые слова: пассивная интермодуляция, отношение сигнал/шум, коррозия контактов, скин-эффект
На основе большого числа зарубежных и отечественных публикаций рассмотрены физические процессы возникновения пассивной интермодуляции в радиочастотных соединителях и кабелях, применяемых в системах беспроводной связи. Приведены способы уменьшения уровня пассивной интермодуляции.
Ключевые слова: пассивная интермодуляция, отношение сигнал/шум, коррозия контактов, скин-эффект
Радиочастотные соединители и кабели как источники пассивной интермодуляции в системах беспроводной связи. Часть 2
К. Джуринский, к.т.н.1
На основе большего числа зарубежных и отечественных публикаций рассмотрены физические процессы возникновения пассивной интермодуляции в радиочастотных соединителях и кабелях, применяемых в системах беспроводной связи. Проанализированы нелинейности контакта, материалов и покрытий в радиочастотных соединителях и кабелях. Приведены способы уменьшения уровня пассивной интермодуляции.
Радиочастотные соединители, применяемые в системах
беспроводной связи
В системах мобильной и сотовой связи используются различные радиочастотные соединители, обеспечивающие передачу сигналов без искажения и потерь между базовыми станциями или удаленными антеннами. Продвижение вверх по частоте диапазонов связи и возросшие скорости передачи данных предъявляют все более жесткие требования к качеству высокочастотных трактов. Прежде всего, это относится к 5G – следующему поколению мобильной связи, где интермодуляционные искажения влияют на технические характеристики систем связи особенно сильно. В этой связи возрастают требования к радиочастотным соединителям. Многие требования к радиочастотным соединителям для беспровод-
ной связи такие же, как и ко всем другим соединителям: низкий уровень КСВН и прямых потерь в рабочем диапазоне частот; высокий уровень экранного затухания; стойкость к механическим и климатическим воздействиям; большой срок службы и др. Кроме того, к соединителям для систем беспроводной связи предъявляют и спе-
циальные требования:
возможность наружного применения с высоким классом защиты IP68;
удобство эксплуатации, например, возможность надежного соединения вилки и розетки без применения инструмента;
низкий уровень интермодуляционных искажений: не более (-155) дБс при входной мощности каждого из двух сигналов 43 дБм (20 Вт).
Внешний вид соединителей 7/16 и соединителей
нового поколения для беспроводной связи показан
на рис. 6 [7], а их основные параметры приведены
в табл. 1 [7, 21, 22].
Соединители 7/16. Соединители серии 7/16 широко применяют в многоканальных системах мобильной
и сотовой связи, в базовых станциях, антеннах с уровнем мощности до 100 Вт на канал. Это самые прочные и надежные соединители, обеспечивающие высокую пропускаемую мощность и низкий уровень интермодуляционных искажений. До недавнего времени 7/16 являлся предпочтительным соединителем для антенн и базовых станций. Однако в связи с необходимостью миниатюризации соединители 7/16 начали постепенно уступать свое место более миниатюрным аналогам.
Соединители 4.3-10. Потребность в соединителях
с низким уровнем интермодуляционных искажений, меньшими размерами и весом для замены соединителей 7/16 возникла из-за необходимости миниатюризации оборудования мобильной связи. Ведущие зарубежные компании: Spinner, Telegärtner, Rosenberger и Huber+Suhner объединили свои усилия и совместно разработали соединители 4.3-10, приблизительно на 40% миниатюрнее
и на 60% легче соединителей 7/16. Это было достигнуто за счет уменьшения размеров коаксиальной линии соединителя 4.3-10 и разнесения плоскостей электрического
и механического контактирования вилки и розетки. Были разработаны 3 модификации вилки соединителя 4.3-10:
для резьбового соединения розетки и вилки при помощи динамометрического гаечного ключа, для резьбового соединения при закручивании вручную и для соединения защелкиванием – рис. 7 [7].
Соединитель 2.2-5. Основываясь на успехе новаторского соединителя 4.3-10, компания Telegärtner в тесном сотрудничестве с другими компания-
ми разработала соединитель 2.2-5
с высоким уровнем параметров, более миниатюрный, чем, соединитель 4.3-10 [7]. Размеры фланца фланцевого соединителя 2.2-5 меньше на 53%, чем у соединителя 4.3-10, и на 70% –
чем у соединителя 7/16 – рис. 6 [7]. В соединителе 2.2-5 размеры коаксиальной линии были уменьшены в 2 раза
по сравнению с соединителем 4.3-10. При этом сохранены особенности конструкции соединителей 4.3-10 и созданы три модификации соединителей 2.2-5, такие же, как показано на рис. 7.
Соединитель NEX10. В связи с миниатюризацией оборудования беспроводной связи и повышением рабочего диапазона частот антенны и приемники становились все меньше, и для них требовалось применение радиочастотных соединителей все меньших размеров. Соединители 4.3-10 с предельной рабочей частотой 12 ГГц уже не удовлетворяли этим требованиям как по диапазону частот, так и по габаритным размерам и массе. Поэтому ведущие производители радиочастотных соединителей Rosenberger, Huber+Suhner и Radiall совместными усилия-
ми разработали миниатюрные коаксиальные соединители NEX10 в диапазоне частот 0–20 ГГц для применения
в небольших сотовых сетях 4G и 5G [7]. Коаксиальная линия этого соединителя заполнена фторопластом. Соединители NEX10 на 50% миниатюрнее соединителей 4.3-10: размеры фланцев соединителей 4.3-10 равны 25,4 × 25,4 мм2,
а соединителей NEX10 – 12,7 × 17,4 мм2.
Соединители 1.5-3.5. В настоящее время существует широкий спектр применений соединителей для беспроводной связи: сети мобильной радиосвязи, небольшие сотовые ячейки, маломощные удаленные радиоблоки, встроенные и распределенные антенные системы. Для применения в системах связи 5G – поколения со скоростью передачи в 100 раз большей, чем 4G, компания Telegärtner разработала соединители 1.5-3.5 с предельной частотой 30 ГГц – самые миниатюрные из всех созданных к настоящему времени соединителей для беспроводной связи [7]. Размеры фланца соединителя 1.5-3.5 равны 12,7 × 12,7 мм2, что на 47% меньше, чем у соединителей 2.2-5
и на 75% меньше, чем у соединителей 4.3-10. По размерам коаксиальной линии соединитель 1.5-3.5 сопоставим с соединителем 3.5 mm, но выгодно отличается от него отсутствием интермодуляционных искажений и пригодностью для наружного применения.
Причины возникновения пассивной интермодуляции в радиочастотных кабелях
Основными элементами радиочастотного кабеля являются наружная полимерная оболочка, экран в виде оплетки из металлических проводников, металлической фольги или в виде монолитной металлической трубки, ди-
электрик (изолятор кабеля) и центральный проводник (из отдельного металлического проводника или из многих скрученных проводников) – рис. 8.
Кабели, изготовленные без дефектов и нарушений технологии, обычно не вызывают проблем с ПИМ. Лучшие кабели с низким уровнем ПИМ – это полужесткие кабели со сплошным экраном и гофрированные кабели. Известно [3], что кабели могут изменять свою конфигурацию при изменении температуры. При нагреве кабеля изменяется его электрическая длина. Кабель, электрическая длина которого подходит для работы с низким уровнем ПИМ в прохладное время, после изменения его длины в теплый день может иметь более высокий уровень ПИМ, или, наоборот,
он может работать хорошо, когда жарко, и плохо, когда холодно. Физическое изменение электрической длины влияет на величину интермодуляционных искажений кабеля.
Факторы окружающей среды и условия монтажа и технического обслуживания могут изменять электрические параметры кабеля. Это происходит при изменении температуры, в результате изгиба, скручивания, вытягивания
и смятия кабеля. Около 60% всех проблем с ПИМ возникают во время монтажа радиочастотных кабелей в полевых условиях [15]. Царапины на покрытии, сколы, скопившая-
ся пыль – это лишь некоторые из многих недопустимых повреждений, которые могут возникнуть. Поврежденные кабели являются источником ПИМ.
Показано также, что при наличии шва в экране из свернутой фольги в процессе старения кабеля возможна коррозия шва [10]. При некачественном изготовлении кабеля с алюминиевом центральным проводником, покрытым медью, возможны отслоение меди в виде металлических частиц и ненадежные соединения, которые потенциально могут привести к образованию ПИМ [10].
Имеет значение и конструкция центрального провод-
ника кабеля. В отличие от сплошного центрального проводника кабеля в многожильном проводнике много точечных контактов. Поверхностные окислы на центральном проводнике и экране являются источником ПИМ
в кабелях. Толщина покрытия, предотвращающего окисление, должна быть по крайней мере в пять раз больше глубины скин-слоя [6].
Каждый кабель имеет допустимый радиус изгиба.
В связи с миниатюризацией изделий стремятся применять кабели с минимально возможным радиусом изгиба. При нарушении требования допустимого радиуса изгиба возможно повреждение кабеля и возникновение ПИМ.
Для кабеля с низким уровнем ПИМ важное значение имеет конструкция его экранной оплетки. Свидетельством этому являются результаты измерений уровня ПИМ при испытании на вибрацию кабелей в сборке
с соединителями типа N [10]. Известный кабель RG-400 с двойной оплеткой из сплетенных круглых проводников в статическом режиме (без воздействия вибрации) имел величину ПИМ (-145) дБс. Но во время вибрации уровень ПИМ возрастал до (-90) дБс. Когда вибрация прекращалась, уровень ПИМ возвращался к исходному уровню. Другой тип кабеля, имевший плоскую ленточную оплетку, за которой следовала плетеная круг-
лая оплетка, в статическом режиме имел ПИМ на уровне (-155) дБс. При вибрации уровень ПИМ возрастал до (-148 дБс), а после прекращения вибрации возвратился к исходному уровню [10].
Особенно важно правильное изготовление кабельной сборки. Главной проблемой является надежность контакта между кабелем и соединителем. Поскольку частичный контакт приводит к нелинейности устройства, необходимо чтобы в паяном соединении кабеля не было непропаев, и чтобы излишки припоя не выходили
за пределы этого соединения [6].
Кабели и кабельные сборки на их основе для применения в системах беспроводной связи производят известные зарубежные компании: Santron (www.santron.com), Times Microwave Systems (www.timesmicrowave.com), Huber+Suhner www.hubersuhner.com), Radiall
(www.radiall.com) и многие другие компании.
Связь импеданса и линейности
системы связи
Уровень интермодуляционных искажений является мерой линейности системы, в то время как КСВН (величина обратных потерь) зависит от ее импеданса. Поэтому измерение КСВН и уровня ПИМ – это два независимых теста, обусловленные несвязанными параметрами, которые характеризуют условия работы системы. Тестирование ПИМ не выявляет наличие высоких вносимых потерь, а возрастание КСВН не указывает на высокий уровень ПИМ. В связи с этим и измерение КСВН, и тестирование ПИМ в системе связи одинаково важны одновременно [21].
Предотвращение ПИМ
В полевых условиях нежелательные интермодуляционные помехи вызывают [3]:
загрязненные поверхности соединителей: влага, пыль, окислы;
неплотные механические соединения из-за недостаточного момента закручивания гайки вилки, плохой центровки или плохо подготовленных контактных поверхностей;
нарушение механических соединений при транспортировке или вибрации;
металлические частицы или стружка внутри радиочастотных соединений.
выплески диэлектрических материалов (клеи, герметики);
трещины или перекосы на конце внешнего провода коаксиальных кабелей, вызванные чрезмерным затягиванием гайки вилки во время монтажа.
Для предотвращения возникновения ПИМ в системе связи необходимы следующие условия [3, 6, 8, 15].
1. Содержать соединители в чистоте, избегать деформации и повреждения центрального проводника соединителя. С помощью стрелочного индикатора перио-
дически измерять выступание или «утопание» центрального проводника, во избежание повреждения соединителя.
2. Проверять наличие повреждений в радиочастотных соединителях: отсутствие видимых вмятин, царапин, загрязнений, металлических частиц, пыли, окислов.
3. Использовать защитные колпачки и регулярно проводить чистку соединителей:
удалить посторонние частицы с помощью сжатого воздуха низкого давления, в полевых условиях для этого рекомендуется применять баллончики – распылители с воздухом низкого давления;
произвести чистку поверхности соединителя
с помощью ватных тампонов, используя минимально необходимое количество изопропилового или этилового спирта;
снова воздухом низкого давления высушить очищенные поверхности и удалить оставшиеся мелкие частицы.
4. Все соединительные гайки вилок соединителей следует закручивать с помощью динамометрического ключа, отрегулированного на нужный крутящий момент согласно инструкции по монтажу компаний – изготовителей соединителей.
5. Не применять соединители, количество соединений и рассоединений которых превысило количество, указанное в технических условиях.
6. При необходимости применения измерительных межсерийных адаптеров необходимо, чтобы адаптеры были с низким уровнем ПИМ;
7. Исключить применение поврежденных радиочастотных кабелей, не нарушать требование допустимого радиуса изгиба кабеля, при пайке на кабель соединителей тщательно удалять излишки флюса и припоя.
Заключение
Радиочастотные соединители и кабели с низким уровнем ПИМ являются важным фактором при построении систем беспроводной связи. Интермодуляционные помехи, источником которых они являются, ограничивают чувствительность приема, надежность, скорость передачи данных и пропускную способность системы связи. Поэтому правильный выбор соединителей и кабелей и их надлежащее техническое обслуживание – одно
из необходимых условий для эффективной работы системы связи.
Автор благодарен А.В. Крутову, А.А. Лисицыну и В.И. Криворучко за полезные замечания при подготовке статьи к публикации.
ЛИТЕРАТУРА
White paper: Connector Related PIM - Hughes Electronics Ltd. ugheselectronics.co.uk.
Passive Intermodulation (PIM): What You Need To Know. electronicdesign.com.
Understanding PIM. www.anritsu.com.
Афзал С., Сонин А. Пассивная интермодуляция: проблема современных операторов сетей //
Технологии и средства связи. 2015. № 1. С. 60–61.
Джуринский К. Интермодуляции в радиочастотных соединителях для мобильной и сотовой связи // Компоненты и технологии. 2010. № 6. С. 26–30.
Technical Information: Passive Intermodulation (PIM) Tech Note. www.gore.com.
Джуринский К. Эволюция радиочастотных соединителей для мобильной и сотовой связи. ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2019. № 10. С. 74–80.
Passive Inter-modulation Sources and Cancellation Methods. https://yupanatech.com.
Сокращение сроков тестирования пассивной интермодуляции в системах связи нового поколения. www.agilent.com/find/PIM.
Minimizing PIM Generation from RF Cables and Connectors. www.santron.com.
Dayan A., Huang Y., Schuchinsky A. Passive Intermodulation at Contacts of Rough Conductors // Electron. Mater. 2022. No. 3. PP. 65–81.
https://doi.org/10.3390/electronicmat3010007.
Белов Л., Кочемасов В., Строганова Е. Пассивная интермодуляция в СВЧ-цепях: механизмы появления, методы измерения и способы снижения // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2015. № 3 (00143). С. 80–91.
По материалам компании Rogers. Перевод с английского. microwave-e.ru›wp-content.
Petek M. Modelling of passive intermodulation in RF systems. 2020. https://www.diva-portal.org.
Wolfgang Damm. |AWT Global. PIM: Components, Material, Handling & Testing. An AWT Global
Publication. 04/14.
Джуринский К.Б. Основы технологии производства радиоэлектронных средств: курс лекций / Изд. перераб. и доп. СПб: Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит», 2017. 344 с.
Бондаренко И.Б., Гатчин Ю.А., Иванова Н.Ю., Шилкин Д.А. Соединители
и коммутационные устройства. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. 151 с.
Рем К., Дандл К., Цехентнер Б., Вагнер Р. Исследование эксплуатационных качеств покрытий для радиочастотных соединителей // Современная электроника.
2021. № 4. С. 24–31.
Джуринский К.Б. Современные радиочастотные соединители и помехоподавляющие фильтры. СПб: Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит», 2014. 428 с.
2.2-5 Series - the next generation of small RF connectors. https://2.2-5series.com.
Cannon N. Troubleshooting Passive Intermodulation Problems in the Field.
https://www.microwavejournal.com.
PIM Test Power Level Application Note. https://dl.cdn-anritsu.com.
К. Джуринский, к.т.н.1
На основе большего числа зарубежных и отечественных публикаций рассмотрены физические процессы возникновения пассивной интермодуляции в радиочастотных соединителях и кабелях, применяемых в системах беспроводной связи. Проанализированы нелинейности контакта, материалов и покрытий в радиочастотных соединителях и кабелях. Приведены способы уменьшения уровня пассивной интермодуляции.
Радиочастотные соединители, применяемые в системах
беспроводной связи
В системах мобильной и сотовой связи используются различные радиочастотные соединители, обеспечивающие передачу сигналов без искажения и потерь между базовыми станциями или удаленными антеннами. Продвижение вверх по частоте диапазонов связи и возросшие скорости передачи данных предъявляют все более жесткие требования к качеству высокочастотных трактов. Прежде всего, это относится к 5G – следующему поколению мобильной связи, где интермодуляционные искажения влияют на технические характеристики систем связи особенно сильно. В этой связи возрастают требования к радиочастотным соединителям. Многие требования к радиочастотным соединителям для беспровод-
ной связи такие же, как и ко всем другим соединителям: низкий уровень КСВН и прямых потерь в рабочем диапазоне частот; высокий уровень экранного затухания; стойкость к механическим и климатическим воздействиям; большой срок службы и др. Кроме того, к соединителям для систем беспроводной связи предъявляют и спе-
циальные требования:
возможность наружного применения с высоким классом защиты IP68;
удобство эксплуатации, например, возможность надежного соединения вилки и розетки без применения инструмента;
низкий уровень интермодуляционных искажений: не более (-155) дБс при входной мощности каждого из двух сигналов 43 дБм (20 Вт).
Внешний вид соединителей 7/16 и соединителей
нового поколения для беспроводной связи показан
на рис. 6 [7], а их основные параметры приведены
в табл. 1 [7, 21, 22].
Соединители 7/16. Соединители серии 7/16 широко применяют в многоканальных системах мобильной
и сотовой связи, в базовых станциях, антеннах с уровнем мощности до 100 Вт на канал. Это самые прочные и надежные соединители, обеспечивающие высокую пропускаемую мощность и низкий уровень интермодуляционных искажений. До недавнего времени 7/16 являлся предпочтительным соединителем для антенн и базовых станций. Однако в связи с необходимостью миниатюризации соединители 7/16 начали постепенно уступать свое место более миниатюрным аналогам.
Соединители 4.3-10. Потребность в соединителях
с низким уровнем интермодуляционных искажений, меньшими размерами и весом для замены соединителей 7/16 возникла из-за необходимости миниатюризации оборудования мобильной связи. Ведущие зарубежные компании: Spinner, Telegärtner, Rosenberger и Huber+Suhner объединили свои усилия и совместно разработали соединители 4.3-10, приблизительно на 40% миниатюрнее
и на 60% легче соединителей 7/16. Это было достигнуто за счет уменьшения размеров коаксиальной линии соединителя 4.3-10 и разнесения плоскостей электрического
и механического контактирования вилки и розетки. Были разработаны 3 модификации вилки соединителя 4.3-10:
для резьбового соединения розетки и вилки при помощи динамометрического гаечного ключа, для резьбового соединения при закручивании вручную и для соединения защелкиванием – рис. 7 [7].
Соединитель 2.2-5. Основываясь на успехе новаторского соединителя 4.3-10, компания Telegärtner в тесном сотрудничестве с другими компания-
ми разработала соединитель 2.2-5
с высоким уровнем параметров, более миниатюрный, чем, соединитель 4.3-10 [7]. Размеры фланца фланцевого соединителя 2.2-5 меньше на 53%, чем у соединителя 4.3-10, и на 70% –
чем у соединителя 7/16 – рис. 6 [7]. В соединителе 2.2-5 размеры коаксиальной линии были уменьшены в 2 раза
по сравнению с соединителем 4.3-10. При этом сохранены особенности конструкции соединителей 4.3-10 и созданы три модификации соединителей 2.2-5, такие же, как показано на рис. 7.
Соединитель NEX10. В связи с миниатюризацией оборудования беспроводной связи и повышением рабочего диапазона частот антенны и приемники становились все меньше, и для них требовалось применение радиочастотных соединителей все меньших размеров. Соединители 4.3-10 с предельной рабочей частотой 12 ГГц уже не удовлетворяли этим требованиям как по диапазону частот, так и по габаритным размерам и массе. Поэтому ведущие производители радиочастотных соединителей Rosenberger, Huber+Suhner и Radiall совместными усилия-
ми разработали миниатюрные коаксиальные соединители NEX10 в диапазоне частот 0–20 ГГц для применения
в небольших сотовых сетях 4G и 5G [7]. Коаксиальная линия этого соединителя заполнена фторопластом. Соединители NEX10 на 50% миниатюрнее соединителей 4.3-10: размеры фланцев соединителей 4.3-10 равны 25,4 × 25,4 мм2,
а соединителей NEX10 – 12,7 × 17,4 мм2.
Соединители 1.5-3.5. В настоящее время существует широкий спектр применений соединителей для беспроводной связи: сети мобильной радиосвязи, небольшие сотовые ячейки, маломощные удаленные радиоблоки, встроенные и распределенные антенные системы. Для применения в системах связи 5G – поколения со скоростью передачи в 100 раз большей, чем 4G, компания Telegärtner разработала соединители 1.5-3.5 с предельной частотой 30 ГГц – самые миниатюрные из всех созданных к настоящему времени соединителей для беспроводной связи [7]. Размеры фланца соединителя 1.5-3.5 равны 12,7 × 12,7 мм2, что на 47% меньше, чем у соединителей 2.2-5
и на 75% меньше, чем у соединителей 4.3-10. По размерам коаксиальной линии соединитель 1.5-3.5 сопоставим с соединителем 3.5 mm, но выгодно отличается от него отсутствием интермодуляционных искажений и пригодностью для наружного применения.
Причины возникновения пассивной интермодуляции в радиочастотных кабелях
Основными элементами радиочастотного кабеля являются наружная полимерная оболочка, экран в виде оплетки из металлических проводников, металлической фольги или в виде монолитной металлической трубки, ди-
электрик (изолятор кабеля) и центральный проводник (из отдельного металлического проводника или из многих скрученных проводников) – рис. 8.
Кабели, изготовленные без дефектов и нарушений технологии, обычно не вызывают проблем с ПИМ. Лучшие кабели с низким уровнем ПИМ – это полужесткие кабели со сплошным экраном и гофрированные кабели. Известно [3], что кабели могут изменять свою конфигурацию при изменении температуры. При нагреве кабеля изменяется его электрическая длина. Кабель, электрическая длина которого подходит для работы с низким уровнем ПИМ в прохладное время, после изменения его длины в теплый день может иметь более высокий уровень ПИМ, или, наоборот,
он может работать хорошо, когда жарко, и плохо, когда холодно. Физическое изменение электрической длины влияет на величину интермодуляционных искажений кабеля.
Факторы окружающей среды и условия монтажа и технического обслуживания могут изменять электрические параметры кабеля. Это происходит при изменении температуры, в результате изгиба, скручивания, вытягивания
и смятия кабеля. Около 60% всех проблем с ПИМ возникают во время монтажа радиочастотных кабелей в полевых условиях [15]. Царапины на покрытии, сколы, скопившая-
ся пыль – это лишь некоторые из многих недопустимых повреждений, которые могут возникнуть. Поврежденные кабели являются источником ПИМ.
Показано также, что при наличии шва в экране из свернутой фольги в процессе старения кабеля возможна коррозия шва [10]. При некачественном изготовлении кабеля с алюминиевом центральным проводником, покрытым медью, возможны отслоение меди в виде металлических частиц и ненадежные соединения, которые потенциально могут привести к образованию ПИМ [10].
Имеет значение и конструкция центрального провод-
ника кабеля. В отличие от сплошного центрального проводника кабеля в многожильном проводнике много точечных контактов. Поверхностные окислы на центральном проводнике и экране являются источником ПИМ
в кабелях. Толщина покрытия, предотвращающего окисление, должна быть по крайней мере в пять раз больше глубины скин-слоя [6].
Каждый кабель имеет допустимый радиус изгиба.
В связи с миниатюризацией изделий стремятся применять кабели с минимально возможным радиусом изгиба. При нарушении требования допустимого радиуса изгиба возможно повреждение кабеля и возникновение ПИМ.
Для кабеля с низким уровнем ПИМ важное значение имеет конструкция его экранной оплетки. Свидетельством этому являются результаты измерений уровня ПИМ при испытании на вибрацию кабелей в сборке
с соединителями типа N [10]. Известный кабель RG-400 с двойной оплеткой из сплетенных круглых проводников в статическом режиме (без воздействия вибрации) имел величину ПИМ (-145) дБс. Но во время вибрации уровень ПИМ возрастал до (-90) дБс. Когда вибрация прекращалась, уровень ПИМ возвращался к исходному уровню. Другой тип кабеля, имевший плоскую ленточную оплетку, за которой следовала плетеная круг-
лая оплетка, в статическом режиме имел ПИМ на уровне (-155) дБс. При вибрации уровень ПИМ возрастал до (-148 дБс), а после прекращения вибрации возвратился к исходному уровню [10].
Особенно важно правильное изготовление кабельной сборки. Главной проблемой является надежность контакта между кабелем и соединителем. Поскольку частичный контакт приводит к нелинейности устройства, необходимо чтобы в паяном соединении кабеля не было непропаев, и чтобы излишки припоя не выходили
за пределы этого соединения [6].
Кабели и кабельные сборки на их основе для применения в системах беспроводной связи производят известные зарубежные компании: Santron (www.santron.com), Times Microwave Systems (www.timesmicrowave.com), Huber+Suhner www.hubersuhner.com), Radiall
(www.radiall.com) и многие другие компании.
Связь импеданса и линейности
системы связи
Уровень интермодуляционных искажений является мерой линейности системы, в то время как КСВН (величина обратных потерь) зависит от ее импеданса. Поэтому измерение КСВН и уровня ПИМ – это два независимых теста, обусловленные несвязанными параметрами, которые характеризуют условия работы системы. Тестирование ПИМ не выявляет наличие высоких вносимых потерь, а возрастание КСВН не указывает на высокий уровень ПИМ. В связи с этим и измерение КСВН, и тестирование ПИМ в системе связи одинаково важны одновременно [21].
Предотвращение ПИМ
В полевых условиях нежелательные интермодуляционные помехи вызывают [3]:
загрязненные поверхности соединителей: влага, пыль, окислы;
неплотные механические соединения из-за недостаточного момента закручивания гайки вилки, плохой центровки или плохо подготовленных контактных поверхностей;
нарушение механических соединений при транспортировке или вибрации;
металлические частицы или стружка внутри радиочастотных соединений.
выплески диэлектрических материалов (клеи, герметики);
трещины или перекосы на конце внешнего провода коаксиальных кабелей, вызванные чрезмерным затягиванием гайки вилки во время монтажа.
Для предотвращения возникновения ПИМ в системе связи необходимы следующие условия [3, 6, 8, 15].
1. Содержать соединители в чистоте, избегать деформации и повреждения центрального проводника соединителя. С помощью стрелочного индикатора перио-
дически измерять выступание или «утопание» центрального проводника, во избежание повреждения соединителя.
2. Проверять наличие повреждений в радиочастотных соединителях: отсутствие видимых вмятин, царапин, загрязнений, металлических частиц, пыли, окислов.
3. Использовать защитные колпачки и регулярно проводить чистку соединителей:
удалить посторонние частицы с помощью сжатого воздуха низкого давления, в полевых условиях для этого рекомендуется применять баллончики – распылители с воздухом низкого давления;
произвести чистку поверхности соединителя
с помощью ватных тампонов, используя минимально необходимое количество изопропилового или этилового спирта;
снова воздухом низкого давления высушить очищенные поверхности и удалить оставшиеся мелкие частицы.
4. Все соединительные гайки вилок соединителей следует закручивать с помощью динамометрического ключа, отрегулированного на нужный крутящий момент согласно инструкции по монтажу компаний – изготовителей соединителей.
5. Не применять соединители, количество соединений и рассоединений которых превысило количество, указанное в технических условиях.
6. При необходимости применения измерительных межсерийных адаптеров необходимо, чтобы адаптеры были с низким уровнем ПИМ;
7. Исключить применение поврежденных радиочастотных кабелей, не нарушать требование допустимого радиуса изгиба кабеля, при пайке на кабель соединителей тщательно удалять излишки флюса и припоя.
Заключение
Радиочастотные соединители и кабели с низким уровнем ПИМ являются важным фактором при построении систем беспроводной связи. Интермодуляционные помехи, источником которых они являются, ограничивают чувствительность приема, надежность, скорость передачи данных и пропускную способность системы связи. Поэтому правильный выбор соединителей и кабелей и их надлежащее техническое обслуживание – одно
из необходимых условий для эффективной работы системы связи.
Автор благодарен А.В. Крутову, А.А. Лисицыну и В.И. Криворучко за полезные замечания при подготовке статьи к публикации.
ЛИТЕРАТУРА
White paper: Connector Related PIM - Hughes Electronics Ltd. ugheselectronics.co.uk.
Passive Intermodulation (PIM): What You Need To Know. electronicdesign.com.
Understanding PIM. www.anritsu.com.
Афзал С., Сонин А. Пассивная интермодуляция: проблема современных операторов сетей //
Технологии и средства связи. 2015. № 1. С. 60–61.
Джуринский К. Интермодуляции в радиочастотных соединителях для мобильной и сотовой связи // Компоненты и технологии. 2010. № 6. С. 26–30.
Technical Information: Passive Intermodulation (PIM) Tech Note. www.gore.com.
Джуринский К. Эволюция радиочастотных соединителей для мобильной и сотовой связи. ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2019. № 10. С. 74–80.
Passive Inter-modulation Sources and Cancellation Methods. https://yupanatech.com.
Сокращение сроков тестирования пассивной интермодуляции в системах связи нового поколения. www.agilent.com/find/PIM.
Minimizing PIM Generation from RF Cables and Connectors. www.santron.com.
Dayan A., Huang Y., Schuchinsky A. Passive Intermodulation at Contacts of Rough Conductors // Electron. Mater. 2022. No. 3. PP. 65–81.
https://doi.org/10.3390/electronicmat3010007.
Белов Л., Кочемасов В., Строганова Е. Пассивная интермодуляция в СВЧ-цепях: механизмы появления, методы измерения и способы снижения // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2015. № 3 (00143). С. 80–91.
По материалам компании Rogers. Перевод с английского. microwave-e.ru›wp-content.
Petek M. Modelling of passive intermodulation in RF systems. 2020. https://www.diva-portal.org.
Wolfgang Damm. |AWT Global. PIM: Components, Material, Handling & Testing. An AWT Global
Publication. 04/14.
Джуринский К.Б. Основы технологии производства радиоэлектронных средств: курс лекций / Изд. перераб. и доп. СПб: Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит», 2017. 344 с.
Бондаренко И.Б., Гатчин Ю.А., Иванова Н.Ю., Шилкин Д.А. Соединители
и коммутационные устройства. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. 151 с.
Рем К., Дандл К., Цехентнер Б., Вагнер Р. Исследование эксплуатационных качеств покрытий для радиочастотных соединителей // Современная электроника.
2021. № 4. С. 24–31.
Джуринский К.Б. Современные радиочастотные соединители и помехоподавляющие фильтры. СПб: Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит», 2014. 428 с.
2.2-5 Series - the next generation of small RF connectors. https://2.2-5series.com.
Cannon N. Troubleshooting Passive Intermodulation Problems in the Field.
https://www.microwavejournal.com.
PIM Test Power Level Application Note. https://dl.cdn-anritsu.com.
Отзывы читателей
