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5G多通道毫米波下变频处理单元设计实现*

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2021-7-10 12:34 Saturday
分类: 5G

5G多通道毫米波下变频处理单元设计实现*

文章作者:onfd1983
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编者按:5G日益成熟,商用基站的5G增强移动宽带场景技术验证和外网测试离不开高性能的接收机,常规仪表接收机已很难适应5G NR测试新需求,而5G多通道毫米波下变频处理单元又是......

编者按:5G日益成熟,商用基站的5G增强移动宽带场景技术验证和外网测试离不开高性能的接收机,常规仪表接收机已很难适应5G NR测试新需求,而5G多通道毫米波下变频处理单元又是高性能接收机的核心单元。本文主要针对以上难点进行分析,设计出高性能的5G毫米波下变频处理单元,保证了大带宽、低延迟的需求,测试结果证实了该下变频处理单元的实用性和高效性。

为了满足频段和性能的不同需求,设计微波接收单元时本着模块化、系列化的设计原则,同时采用集成化设计技术保证了整机信号接收通路的优异性能。考虑到频段需要覆盖400 MHz ~6 GHz、(24.25~30)GHz两个频段,收发低频段采用超外差二次变频,则采用一次混频方案。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202106/426379.htm

*基金项目:电子测量仪器技术蚌埠市技术创新中心项目(终端模拟测试技术)

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2   接收通路的高灵敏度实现

为了实现接收通路高灵敏度的接收,在方案设计时主要从3 个方面考虑:①各变频模块全部采用基波混频技术,以减小变频损耗。②各信号接收通路前端加入宽带低噪声放大器,以减小通路噪声系数。但是,如果通路压缩点设计不合理,通过加入前置放大器来改善灵敏度反而会容易造成大信号压缩,导致动态范围的降低。因此将合理分配接收通路增益,严格设计每级部件的增益压缩点,防止对大信号造成压缩。③采用微波部件集成技术,以克服因分立器件之间匹配不良而导致通路损耗变大的问题。

在接收通路的设计过程中,重点对超宽带微波毫米波部件的设计制造技术进行攻关。毫米波开关预选混频组件(即(6 ~ 30) GHz 变频模块)包括30 GHz 电子开关、(6 ~ 30) GHz YIG 滤波预选器、30 GHz 基波混频器、6 GHz 低通滤波和匹配网络等部分,这些组件指标要求高,加工工艺复杂,技术难度大,对整机相关性能影响大,是制约国产仪表无法覆盖毫米波高频段的关键微波部件。在设计过程中,将克服国内加工工艺水平和材料等方面的限制,突破毫米波电子开关设计技术、毫米波YTF 耦合结构设计技术、线性强磁场设计实现技术、毫米波双平衡基波混频技术和毫米波组件混合集成设计技术等五大技术难点,通过多次反复试验,攻克该难题,研制高性能毫米波开关预选混频组件(实物如图2 所示),为整机测试频段扩展到更多更高毫米波频段奠定了坚实的基础。

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图2 毫米波开关预选混频组件

另外在微波毫米波接收单元设计中,还突破了毫米波开关步进衰减器、毫米波放大混频组件、毫米波本振倍频分配组件、宽带低相噪YIG 振荡器等关键微波毫米波部件的设计制造技术,使整机在400 MHz ~ 30 GHz频率范围具有高灵敏度、大动态范围、快速调谐和多种扫描方式等特点,灵敏度典型值-150 dBm(选通前置放大器达-165 dBm),无失真动态范围超过120 dB,最快调谐速率达1 GHz/ms(@1 MHz 分辨率带宽)。

3   毫米波下变频处理单元实验结果

频率范围如图3、图4 所示。

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图3 频率400 MHz结果图

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图4 频率30 GHz结果图

分析带宽如图5 所示

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图5 频率30 GHz~带宽210 MHz结果图

接收EVM 如图6。

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图6 频率30 GHz~带宽200 MHz EVM结果图

4   结束语

本文中的毫米波下变频处理单元方案依据 场景技术需求和3GPP 标准,支持关键技术,包括新型多址接入、新型多载波、先进调制编码和大规模MIMO 等,支持LTE-Advanced-Pro、5G NR 等通信制式以及场景测试,单终端天线数不少于8 根。设计采用模块化设计方法,在统一硬件与软件平台上实现和满足不同测试。

(本文来源于《电子产品世界》杂志社2021年5月期)



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