1导言
经过几十年的快速发展，无线通信已经成为人们生活中不可或缺的通信手段。近年来，随着城市建设、用户的快速增加和业务的多样化，传统的广域覆盖模式已经不能满足用户的需求。城市中大量楼房、会堂的修建，钢筋混凝土建筑的兴起，严重阻碍了无线信号的传输。地铁、地下通道、地下停车场空等地下建筑也是无线覆盖的盲区，用户在建筑内使用移动通信服务受到严重限制。为了提高用户体验、服务质量和竞争力，运营商已经下大力气加大网络建设和优化。通过建设大量基站和室内分布信号，解决室内覆盖问题，为用户提供无缝覆盖和高效持续无盲区的无线网络服务。
2射频无源器件应用
射频无源器件主要用于无线通信系统的基站建设和室内分布系统。尤其是在建筑物内无线信号的室内分布覆盖，应用种类繁多，数量庞大。射频无源器件在基站建设和室内分布工程中起到连接或分配射频信号的作用。在室内分布系统中，基站发射的信号通过射频无源器件连接或分流，通过馈线分布到各个覆盖点的天线上，实现室内无线信号连续良好的覆盖。
室内分布系统主要包括两部分:信源和天馈分布系统。无源器件是天馈系统的主要组成部分。
典型的天馈系统拓扑如图1所示。
图1典型天馈系统拓扑图
各种标准的射频信号由各基站发出，再由多频合路器或桥接器等具有合路功能的无源设备合路，再通过电缆传输到分布在建筑物周围的吊顶天线或壁挂天线，由天线发射出去进行覆盖。组合信号也可以被耦合器耦合输出的信号的一部分直接覆盖。另外，由于多级级联中每个器件中插入的许多无源器件的插入损耗的积累，信号会有很大的衰减，或者长距离传输的射频信号在电缆传输的过程中会有很大的衰减，所以可以将合路信号连接到多频合路器的输出端口(即腔体多频合路器反向使用)作为功分器，经过多频合路器滤波后，信号从多频合路器的输入端口输出。由于每个端口的带通滤波特性，每个端口只输出该端口工作频带内的信号。这些信号可以传输到各个标准的专用直放站进行放大，然后输出，再合并进行覆盖，以补偿信号在链路上的损耗和衰减，最终满足链路预算设计的参数，保证各个点的覆盖效果。
源发出的射频信号通过电缆传输到各个天线端口，这是一个信号合并、传输、分配的过程。射频无源器件在无线通信工程中主要起到连接路由或分布调节的作用，所以射频无源器件根据在工程中的应用主要分为连接路由型和分布调节型。路由是指为射频信号提供一条连续的传输路径，即将射频信号的路径连接起来，或者将多个射频信号组合起来进行重传。目前，无线通信工程中常用的射频无源器件有功分器、耦合器、衰减器、滤波器、合路器、负载、电桥和双工器等。路由射频无源器件主要包括合路器、桥接器等。调控是指将所有信号均分为多个通道或不同频段、不同大小的射频信号，以满足设计和施工要求。分布式器件主要包括功分器、耦合器、滤波器等。当然，分布控制装置也可以和信号一起发挥作用，但之所以区分两者，是因为在工程中，主要是通过后者改变射频信号大小或频段的特性来满足设计和施工要求。例如，可以使用具有不同耦合度的耦合器来改变耦合端口的输出信号大小，以满足覆盖要求，或者可以使用双工器和滤波器来分离上行和下行信号或者具有不同频带的信号。
3射频无源器件的应用对无线通信的影响
射频无源器件的质量对网络质量和用户体验有很大影响。目前国内有三大运营商:中国电信、中国移动、中国联通。他们运营的无线通信标准包括GSM、CDMA、TD-SCDMA、cdma2000、WCDMA、LTE和PHS以及WLAN等。近年来，出于节约成本、减少重复建设的目的，越来越多的室内分布系统采用多系统共用房间子系统、多系统多频段信号的模式，与公共共享平台共享室内分布系统。这样做的好处是减少多余的基础设施建设，节省空房间。然而，多系统共址和室内分布系统带来的问题越来越突出。多系统共存不可避免地会产生系统间干扰，尤其是在工作频段接近、间隔保护带较小时，不同系统间杂散和互调产物的影响。在这种情况下，质量好的无源器件会降低这种干扰的影响，质量差的器件会造成或加深这种影响。射频无源器件质量差也会导致一些网络指标的下降，而质量好的器件会对网络质量产生积极的作用，对抑制杂散、干扰和拥塞的发生会起到积极的作用。在复杂环境下，多标准共存机房子系统对无源器件的技术指标和性能参数的要求提高到了一个新的水平。
目前，无线网络中的主要干扰类型分为系统内干扰和系统间干扰。具体来说，主要体现在发射机杂散、接收机阻塞和互调干扰。
系统中的杂散干扰是指发射频段杂散进入接收频段对系统本身造成的干扰。
系统间杂散干扰是一个系统的发射频段外的杂散落入另一个系统的接收频段引起的干扰。杂散干扰对系统最直接的影响就是降低系统的接收灵敏度。
阻塞干扰是每个系统的信号及其工作频率的组合分量。它落在自己系统或其他系统中的接收机所接收的信道带宽之外，但是它仍然可以进入基站接收机。当这种干扰导致接收机饱和时，会导致接收机无法正常接收正常工作频段的信号，从而恶化接收机的灵敏度性能。
由于射频无源器件、功放电路等非线性元件的存在，两个或两个以上的信号作用在非线性器件上会产生新的频率信号，即互调产物，这种信号对正常通信的干扰就是互调干扰。无线通信系统中存在有源互调和无源互调两种类型。当发射机发射两个或多个载波时，会产生有源互调。无源互调是由无源器件、射频连接链路中的机械接头不良、射频器件材料的滞后、射频通道中表面或接触面的污染、不同材料连接的非线性特性等因素引起的互调产物。如果无源互调产物落入上行接收频带，则由于终端的信号强度低，落入上行的互调产物将对基站的接收灵敏度产生不利影响。
上述干扰是工程实践中我们不希望遇到的问题，但也是难以避免的。无源器件在室内分布系统中起连接、多系统组合或分布的作用。在这个过程中，选择合适规格和参数的无源器件可以减少或避免干扰带来的影响，而无源器件或规格或性能不达标的器件使用不当则会产生或加重干扰。目前中国主要移动通信的频率划分如表1所示。
如果基站产生两个频率分别为f1和f2的载波信号，三阶互调产物频率为F3，五阶互调产物频率为F5，即:
F3=2f1- f2和F3=2f2- f1
F5=3f1- 2f2和F5=3f1- 2f2
将每个标准发射频带的最低和最高边缘频率代入上述公式，可以得到每个发射频带产生的互调产物的频率。根据计算可以看出，这些互调产物的频率可能落入系统本身的上行频段造成自干扰，也可能落入其他系统的上行频段造成系统间干扰，信号的倍频和谐波也可能造成干扰。系统内和系统间干扰是常见的，尤其是在多标准共享室内分布系统中。因此，在无源器件的选择上要特别注意，尤其是起组合作用的器件。
射频无源器件的性能参数主要包括工作频带、插入损耗、输入输出驻波、端口隔离、带内波动、带外抑制、互调产物和功率容量等。根据现网情况和测试情况，无源设备是影响现网的关键因素。
关键因素主要包括:
●端口隔离
隔离不好会造成不同系统间的干扰，传输杂散和多载波互调产物会干扰终端上行信号。
●输入/输出驻波
当无源器件的驻波比较大时，反射信号变大。极端情况下，基站的驻波会报警，损坏射频元件和功放。
低带外抑制
差的带外抑制会增加系统间干扰，好的带外抑制能力和好的端口隔离一样有助于降低系统间串扰。
●互调产物
大的互调产物会落入上行频带，导致接收机性能恶化。
●功率容量
在多载波、大功率输出、高峰均比信号的条件下，功率容量不足容易导致噪底上升，无法通话、掉话等网络质量严重恶化，导致飞弧、着火，极端情况下击穿、烧毁导致网络瘫痪，造成不可逆的损失。
●器件加工技术和材料
而较差的材料和加工工艺直接导致器件各项参数性能的下降，同时器件的耐久性和环境适应性也大大降低。
一般因素主要包括:
●插入损耗
如果插入损耗太大，信号会在链路上损失更多的能量，影响覆盖。同时，增加直放站会引入新的干扰。而盲目提高基站发射功率并不环保，超过功放线最佳线性工作范围，发射机信号质量会变差，影响室内分布设计预期的实现。
●带内波动
带内波动大会导致带内信号平坦度差，当带内有多个载波时会影响覆盖，从而影响室内分布设计的预期实现。
●工作频带。
(1)具有组合功能的射频无源器件对网络的影响
室内分布主要采用3dB电桥和多频合路器进行合路。
3dB桥在房间子系统中一般有两种连接方式，即双极化两个不同载波的扇区与基站的组合方式或两个基站同频段多载波的组合方式。目前3dB桥的隔离指标要求设置在25dB，一般不超过30dB，导致两个合口的载波信号相互干扰。这种连接会使基站产生互调。如果增加它们之间的隔离，影响将被最小化。
无源器件的非线性会导致互调产物，同时当网络馈电的载波数增加时，这种干扰会加剧，干扰频段的低噪声会抬高这种干扰。在这种情况下，多频合路器比3dB桥要好，因为3dB桥的两个端口之间的隔离度一般只有25~30dB，而现有网络中使用的多频合路器端口之间的隔离度至少要达到80dB。所以多制式多载波基站合并时应该首选多频合路器，因为更大的端口隔离度会抑制端口间的互调和杂散串扰。
使用具有组合功能的无源器件时，首先要考虑端口隔离和带外抑制的问题。在理论上组合源之间相互干扰的情况下，应遵循所选器件保证有效隔离和良好的带外抑制能力。同时，如果合路信号中有较高的功率，需要保证选择功率容量足够的腔体器件，否则会造成击穿或短路。同时要保证器件的材料制造工艺，如焊接、连接、电镀等各方面都能满足要求，避免闪络。
目前运营商在大型建筑的室内分布工程中广泛使用POI，Point of Interface)。其主要功能是将各基站不同频段的载频信号合成后送至公共天馈分配系统，该系统主要由宽带桥式合路器、多频段合路器、负载等无源器件组成。POI采用上下游天馈系统分离的方式，可以在一定程度上避免下游对上游的干扰。
(2)分布式射频无源器件对网络质量的影响。
分配器件主要起到功率分配和频率分配的作用，主要包括功分器和耦合器，电桥和多频合路器也可作为分配器件。
一般分布设备与基站直连，与基站直连的设备要考虑设备类型和材料、工艺的要求，功率电阻、互调指标、隔离度是重点选择的重要指标。避免使用低功率耦合器和功率分配器。设备功率容量不足会导致点火，从而导致击穿或烧坏。如果驻波较大，反射信号会增加。如果反射信号太大，信号源的功率放大器就会损坏。
(3)射频无源器件的设计和制造对应用的影响。
目前网络中使用的无源器件根据设计制造原理和生产工艺可以分为腔体和微带。腔器件主要包括腔功分器、腔耦合器、腔滤波器、腔合路器和腔桥。微带器件主要包括微带功分器、微带耦合器和微带充电桥。腔体器件的体积通常大于微带器件的体积。同时腔体器件的加工工艺和制造难度大于微带器件，成本也高于微带器件。而腔体器件插入损耗小，使用寿命长，功率容量大，尤其是比微带器件更好的抗功率。目前，大多数运营商倾向于在现有网络中使用腔体无源器件。
无源器件根据接口类型主要分为N、BNC、SMA、TNC、DIN7-16等。同时，大部分接口也有极性，即公母公母公。由于有N型和DIN7-16型接口，螺丝锁紧连接非常牢固可靠，防护等级高，耐候性好，互调性能好。DIN7-16型特别适用于大功率和户外应用。这两种系列连接器在无线通信工程建设中应用最为广泛。
与有源器件相比，无线通信中的无源器件种类相对较少，结构简单，制造技术和工艺门槛较低。然而，无源器件的质量直接影响网络质量和运行的稳定性。随着计算机辅助设计软件的兴起，无源器件的原理设计和参数定制趋于标准化和程序化。所以设备厂商在设计上并不存在瓶颈，而是因为降低成本或者生产力的因素。材料选择和加工工艺不当是无源器件性能指标达不到设计要求的重要原因。
影响无源器件质量的主要因素包括设计、材料选择和加工工艺。设计要准确，材料选择要满足工程装置的要求，加工工艺要能保证设计的准确性和产品的稳定性、可靠性。
首先要保证加工精度。清洁的腔体表面对器件的整体性能影响很大，尖锐的毛刺边角会导致闪络噪声和互调不良。应采取积极有效的措施排水、防腐、防尘等。在设备处理时，应充分考虑实际网络的工作环境。如腔体装置采用数控铣床加工或一次压铸成型，连接紧固螺钉采用防锈金属，装置表面防腐并用导电密封胶密封。优质通用内导体与内芯一体成型，采用DIN或N型连接器，腔体空气体结构。腔体采用铝合金一次压铸成型，镀铜镀银，无缝密封，表面光滑。外导体由镀镍的黄铜或三元合金制成，内芯由延展性好的铍青铜镀银制成。
4结束语
无源器件的应用范围应与其类型和规格相适应。每个设备都有自己的功能和规格参数。在使用中，应注意工作频段和室内分布链路设计中各部分参数的局限性。每一类设备都有自己的应用场景，每一类设备的功能特点和规格都不一样，所以在使用时也要充分考虑，尽量避免无源设备对网络的负面影响。
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