1、 引言
無線通信經過幾十年的快速發展已經成為人們生活中不可或缺的重要通信手段。近年來伴隨城市建設，用戶的激增和業務的多元化，傳統的廣域覆蓋模式已經不能滿足用戶的需求。城市建設中大量樓堂館所的興建，鋼筋混凝土建築的大量興起使得無線信號傳播受到嚴重阻礙，地鐵、地下通道和地下停車場等地下建築空間也是無線覆蓋盲區，用戶在建築物內使用移動通信業務受到嚴重製約，運營商為改善用戶體驗提高服務質量和自身競爭力，著力加大網絡建設和優化力度。通過興建大量基站和進行信號室內分佈來解決室內覆蓋問題，以達到提供無縫覆蓋，為用戶提供高效可持續無盲點的無線網絡服務。
射頻無源器件主要應用於無線通信系統基站建設和室內分佈系統中。特別是在建築物內的無 線信號室內分佈覆蓋中應用種類繁多，數量龐大。射頻無源器件在基站建設和室內分佈工程中起到連接或分配射頻信號的作用。室內分佈系統是將基站發射的信號通過射頻無源器件進行連接或分路，經由饋線分散到各覆蓋點天線處，從而達到室內無線信號連續良好的覆蓋。
室內分佈系統主要包括信源和天饋分佈系統兩部分。無源器件是天饋系統的主要組成部分。
典型天饋系統拓撲如圖 1 所示。
圖 1 典型天饋系統拓撲圖
多種制式的射頻信號由各基站發出後經由多頻合路器或電橋等具有合路功能的無源器件合路後通過線纜傳送到建築物各處分佈的吸頂天線或壁掛天線，由天線發射出去進行覆蓋。合路後的信號也可經由耦合器，通過耦合器耦合出一部分信號直接覆蓋。另外，由於多級級聯因使用較多的無源器件插入各器件的插入損耗累加會對信號產生較大衰減，或進行較遠距離傳輸射頻信號會在電纜傳送的過程中產生較大的衰減，可將合路後的信號接入多頻合路器的輸出端口(即反向使用腔體多頻合路器)作為功分器使用，信號經過多頻合路器濾波後，由多頻合路器的輸入端口輸出，由於各端口的帶通濾波特性，各端口僅輸出該端口工作頻段帶內的信號，這些信號可傳送到各制式專門的直放站進行放大後再輸出後合路再覆蓋，以 補償信號在鏈路上的損耗和衰減，最終滿足鏈路預算設計各項參數，以保證各點的覆蓋效果。
無線射頻信號從信源發射出來通過電纜傳輸到各個天線口，是一個信號合路、傳送、分配的過程。射頻無源器件在無線通信工程中主要起到連接路由或分配調控的作用，因此射頻無源器件按照在工程中的應用主要分為連接路由型和分配調控型。連接路由型是指為射頻信號提供連續的傳輸路徑，是將射頻信號的通路連接起來或者將多路射頻信號進行合路再傳輸。目前，無線通信工程中常用的射頻無源器件有功分器、耦合器、衰減器、濾波器、合路器、負載、電橋和雙工器等。連接路由型射頻無源器件主要包括合路器、電橋等。分配調控是指將一路信號等分成多路或分成不同頻段不同大小的射頻信號，以滿足設計施工要求。分配調控型器件主要包括功分器、耦合器、濾波器等。當然，分配調控型器件也是可以起到連同信號的作用，但是之所以將兩者區分開來，是因為在工程上主要是通過後者對無線射頻信號的大小或頻段的改變的特點來滿足設計和施工的要求。如利用不同耦合度的耦合器改變耦合端口輸出信號大小來滿足覆蓋要求，或利用雙工器、濾波器將上下行或不同頻段的信號分離出來。
3 、射頻無源器件應用對無線通信的影響
射頻無源器件質量對網絡質量和用戶體驗產生極大的影響。目前，我國有中國電信、中國移動和中國聯通三大運營商，運營的無線通信制式包括 GSM、CDMA、TD-SCDMA、cdma2000、WCDMA、LTE 和 PHS,以及無線局域網 WLAN 等，近年來出於節約成本減少重複建設的目的，越來越多的室內分佈系統採用多系統合路共用室分系統的模式，多系統、多頻段的信號，以公共合路平臺共用室內分佈系統的方式進行融合，實現多頻段、多系統合路單向或者雙向傳輸。這樣的好處是減少重複基礎設施建設，節約空間，但是多系統共站址共室內分佈系統帶來的問題越來越突出，多系統共存不可避免地引入系統間干擾，特別是工作頻段相近中間隔保護頻帶較小的情況下，不同制式之間雜散和互調產物的影響。在這種情況下，良好品質的無源器件則會減輕這種干擾帶來的影響，不良的器件則會引起或加深這種影響。射頻無源器件自身質量欠佳也會導致一些網絡指標的下降，而質量優良的器件會對網絡質量產生積極的作用，對抑制雜散、干擾和阻塞的發生有積極的作用。複雜環境下多制式共存室分系統對無源器件的技術指標和性能參數的要求提升到了一個新的高度。
目前，無線網絡中主要干擾類型分為系統內干擾和系統間干擾。具體體現主要是發射機雜散、接收機阻塞和互調幹擾。
系統內的雜散干擾是指發射頻段的雜散落入接收頻段導致的系統自身的干擾。
系統間的雜散干擾就是一個系統的發射頻段外的雜散落入到了另一個系統的接收頻段內而造成的干擾，雜散干擾對系統最直接的一個影響就是降低了系統的接收靈敏度。
阻塞干擾是各系統信號和其工作頻率的組合成分，落在各自系統自身或其它系統中接收機所接收的信道帶寬之外，卻仍然能進入該基站接收機，當此干擾導致接收機飽和時候，就會引起接收機無法正常接收正常工作頻帶內的信號，使接收機靈敏度性能惡化。
由於射頻無源器件和功放電路等非線性的元器件的存在，兩路或兩路以上信號作用於非線性器件上會產生新的頻率信號即互調產物，這種信號對正常通信的干擾就是互調幹擾。無線通信系統中 有源互調和無源互調兩類，有源互調是由發射機發射兩個及以上載波時產生的，無源互調是由於無源器件，射頻連接鏈路中不良的機械結點、射頻器件的材料具有磁滯現象、射頻通道中的表面或接觸面受到汙染和不同材料的連接處的具有非線性的特點等導致產生的互調產物，無源互調產物如落入上行接收頻段，由於終端發射信號強度較小，落入上行的互調產物會對基站接收靈敏度產生不利影響。
上述這些干擾是我們在工程實踐中不願遇到但是又很難避免的問題，無源器件在室內分佈系統中起到連接、多系統合路或分配的作用，在這個過程中選取適當規格與參數的無源器件或減輕、或避免干擾造成的影響，而不當地使用無源器件或器件規格不符或性能不達標則會產生或加劇干擾。我國目前主要移動通信所佔用頻率劃分參見表 1。
若基站產生兩載波信號，頻率分別 為 f1 和 f2,則三階互調產物頻率為 F3,五階互調產物為 F5,即：
F3=2f1- f2 和 F3=2f2- f1
F5=3f1- 2f2 和 F5=3f1- 2f2
將各制式發射頻段頻率最低和最高邊緣頻率代入上述公式，則可得出各發射頻段產生互調產物頻率。通過計算可知這些互調產物的頻率有可能落在系統本身的上行頻段造成自身干擾，也有落入其它系統上行頻段造成系統間干擾，另外信號的倍頻和諧波也有可能造成干擾。系統內和系統之間干擾是普遍存在的，特別是在多制式共用室內分佈系統中這種干擾更為普遍，因此在無源器件的選擇上特別是起到合路作用的器件應特別注意。
射頻無源器件性能參數主要包括工作頻段、插入損耗、輸入輸出駐波、端口隔離度、帶內波動、帶外抑制、互調產物和功率容量等。根據現網情況和測試情況，無源器件是影響現網的關鍵性因素。
關鍵性因素主要包括：
●端口隔離度
隔離度不好會造成各制式之間干擾，傳導雜散和多載波互調產物對終端上行信號干擾。
●輸入輸出駐波
無源器件駐波比較大的情況下，反射信號變大，極端情況基站駐波告警，損壞射頻元件和功放。
●帶外抑制
帶外抑制不好會加大系統間干擾，良好的帶外抑制能力和良好的端口隔離度一樣有助於減輕系統間串擾。
●互調產物
較大的互調產物會落入上行頻段，會導致接收機性能惡化。
●功率容量
多載波、大功率輸出、大峰均比信號條件下功率容量不足會導致容易出現底噪抬升，出現無法呼通或掉話等網絡質量嚴重下降情況，會引起飛弧和打火情況，極端情況會擊穿燒燬導致網絡癱瘓造成不可逆的損失。
●器件加工工藝與材質
材質和加工工藝不過關直接導致器件各項參數性能下降，同時器件耐久性和環境適應性大大降低。
一般性因素主要包括：
●插入損耗
插入損耗過大會使信號在鏈路上損失較多的能量影響覆蓋範圍，同時增加直放站又會引入新的干擾，而一味提高基站發射功率又不環保，而且超出功放線最優線性工作區間時發射機信號質量會惡化，會影響室內分佈設計預期的實現。
●帶內波動
帶內波動較大會導致帶內信號平坦度不好，當帶內有多載波時候會覆蓋影響，會影響室內分佈設計預期的實現。
●工作頻段。
(1)合路功能射頻無源器件對網絡的影響
室內分佈中主要使用 3dB 電橋和多頻合路器進行合路。
3dB 電橋在室分系統中一般採用兩種方式的連接，即同基站雙極化兩扇區不同載波合路方式或兩基站同頻段多載波的合路連接方式。由於目前 3dB 電橋隔離度指標要求定在 25dB,一般不超過 30dB,致使兩個合路端口的載波信號互為干擾。這種連接方式，會使基站產生互調，如增大相互之間的隔離度，會使其影響降至最低。
由於無源器件非線性會導致互調產物，同時當網絡饋送的載波數量增多時，這種干擾會加劇，以致被幹擾頻段的低噪抬高。在這種情況下，多頻合路器要優選於 3dB 電橋，因為 3dB 電橋兩端口隔離度一般只有 25~30dB,而現網使用的多頻合路器端口之間隔離度至少要達到 80dB,因此在多個制式多載波基站合路時候是應該首選多頻合路器的，因為較大的端口隔離度會抑制端口之間的互調及雜散串擾。
在使用合路功能的無源器件的時候，首先要考慮其端口隔離和帶外抑制的問題，在理論上存在合路信源相互間干擾的情況下，應遵循選取的器件確保有效的隔離度和良好的帶外抑制能力。同時，合路信號存在較大功率的情況，要保證選取功率容量足夠的腔體器件，否則會引起擊穿或短路，同時要確保器件的材質製造工藝如焊接、連接、電鍍等方面滿足要求，避免打火飛弧現象的發生。
目前，運營商在大型建築的室內分佈工程較為廣泛使用多系統接入平臺(POI,Point of Interface)，它的主要功能是將各基站不同頻段的載頻信號合成送至共用的天饋分佈系統，主要由寬頻帶的橋路合路器、多頻段合路器、負載等無源器件組成。利用 POI 採用前級合路上下行天饋系統分開的模式，這樣就可以在一定程度上避免下行對上行的干擾。
(2)分配功能射頻無源器件對網絡質量的影響
分配器件主要起到功率分配和頻率分配的作用，主要包括功分器、耦合器，電橋和多頻合路器也可作為分配器件使用。
分配器件一般直接與基站連接，直接與基站相接的器件應考慮器件的類別和材質工藝的要求，耐功率程度和互調指標和隔離度是關鍵選擇的重要指標。避免使用較小功率的耦合器和功分器。器件功率容量不足回導致打火，會導致擊穿或燒燬，駐波較大會增大反射信號，過大的反射信號會對信源的功放造成損害。
(3)射頻無源器件的設計與製造對應用的影響
現網中使用的無源器件按照設計製造原理和生產工藝來區分，可分為腔體和微帶兩種類型。腔體器件主要包括腔體功分器、腔體耦合器、腔體濾波器、腔體合路器和腔體電橋等;微帶器件主要包括微帶功分器、微帶耦合器和微帶電橋等。腔體器件體積普遍大於微帶類器件，同時腔體器件的加工工藝和製造難度要大於微帶器件，成本也高於微帶器件。但是腔體器件插入損耗小、使用壽命長、同時功率容量大，特別是耐功率性能要好於微帶器件，目前條件下運營商現網大多傾向採用腔體無源器件。
無源器件按照接口類型分類主要有 N、BNC、SMA、TNC、DIN7-16 型等，同時絕大多數接口也有極性之分，即分為 Male 陽頭和 Female 陰頭。由於 N 型和 DIN7-16 型接口，使用螺紋鎖緊連接非常堅固可靠，防護等級高、氣候耐受性好並且互調性能較好，DIN7-16 型特別適用於大功率和戶外應用。這兩種系列連接器在無線通信工程建設中使用最為廣泛。
無線通信中無源器件與有源設備相比種類相對較少，結構簡單，無源器件製造技術和工藝門檻較低，但是無源器件質量優劣直接影響網絡質量和運營的穩定程度。由於計算機輔助設計軟件的興起，無源器件原理設計和參數定製趨於規範化和程序化，因此在設計方面器件廠商不存在瓶頸，而是由於降低成本或生產能力方面的因素，在選材和加工工藝方面的不當和欠缺是導致無源器件性能指標無法達到設計要求的重要原因。
影響無源器件產品質量的主要因素包括設計、選材與加工工藝等方面。設計上要精確，材料選取上要符合工程器件要求，加工工藝上要能夠保證實現設計的精度要求並保證產品穩定可靠。
加工工藝上首先要保證加工精度。腔體表面潔淨對器件整體性能有較大影響，毛刺尖角會導致飛弧噪聲和互調較差。器件加工要在放水、防腐、防塵等方面採取積極有效的措施，充分考慮到實際網絡的工作環境。如在腔體器件加工是採用數控銑床加工或一次壓鑄成型，連接緊固螺絲採用防鏽金屬，器件表面防腐處理同時採用導電密封膠進行密封等。優質大功率一般內導體與內芯一體化完成，採用 DIN 或 N 型接頭，採用腔體空氣結構，腔體採用鋁合金一次壓鑄成型，先鍍銅後鍍銀處理，密封無縫隙，表面光滑。接頭外導體採用黃銅或三元合金並鍍鎳，內芯採用延展性好的鈹青銅鍍銀處理。
4、 結束語
無源器件的應用範圍應與其類型與規格參數相適應。每種器件有各自的功能和規格參數，在使用中應注重工作頻段及室內分佈鏈路設計時對各部分參數的限制。每類器件都有各自的應用場景，同時各類器件功能特性規格參數各不相同，在使用時也是需要充分考慮，儘量避免無源器件對網絡產生不利影響。
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