5G多通道毫米波下變頻處理單元設計實(shí)現*

為了滿(mǎn)足頻段和性能的不同需求，設計微波毫米波接收單元時(shí)本著(zhù)模塊化、系列化的設計原則，同時(shí)采用集成化設計技術(shù)保證了整機信號接收通路的優(yōu)異性能?？紤]到頻段需要覆蓋400 MHz ~6 GHz、（24.25~30）GHz兩個(gè)頻段，毫米波收發(fā)低頻段采用超外差二次變頻，毫米波則采用一次混頻方案。

*基金項目：電子測量?jì)x器技術(shù)蚌埠市技術(shù)創(chuàng )新中心項目（5G終端模擬測試技術(shù)）

2   接收通路的高靈敏度實(shí)現

為了實(shí)現接收通路高靈敏度的接收，在方案設計時(shí)主要從3 個(gè)方面考慮：①各變頻模塊全部采用基波混頻技術(shù)，以減小變頻損耗。②各信號接收通路前端加入寬帶低噪聲放大器，以減小通路噪聲系數。但是，如果通路壓縮點(diǎn)設計不合理，通過(guò)加入前置放大器來(lái)改善靈敏度反而會(huì )容易造成大信號壓縮，導致動(dòng)態(tài)范圍的降低。因此將合理分配接收通路增益，嚴格設計每級部件的增益壓縮點(diǎn)，防止對大信號造成壓縮。③采用微波部件集成技術(shù)，以克服因分立器件之間匹配不良而導致通路損耗變大的問(wèn)題。

在接收通路的設計過(guò)程中，重點(diǎn)對超寬帶微波毫米波部件的設計制造技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。毫米波開(kāi)關(guān)預選混頻組件（即(6 ～ 30) GHz 變頻模塊）包括30 GHz 電子開(kāi)關(guān)、(6 ～ 30) GHz YIG 濾波預選器、30 GHz 基波混頻器、6 GHz 低通濾波和匹配網(wǎng)絡(luò )等部分，這些組件指標要求高，加工工藝復雜，技術(shù)難度大，對整機相關(guān)性能影響大，是制約國產(chǎn)儀表無(wú)法覆蓋毫米波高頻段的關(guān)鍵微波部件。在設計過(guò)程中，將克服國內加工工藝水平和材料等方面的限制，突破毫米波電子開(kāi)關(guān)設計技術(shù)、毫米波YTF 耦合結構設計技術(shù)、線(xiàn)性強磁場(chǎng)設計實(shí)現技術(shù)、毫米波雙平衡基波混頻技術(shù)和毫米波組件混合集成設計技術(shù)等五大技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)多次反復試驗，攻克該難題，研制高性能毫米波開(kāi)關(guān)預選混頻組件（實(shí)物如圖2 所示），為整機測試頻段擴展到更多更高毫米波頻段奠定了堅實(shí)的基礎。

圖2 毫米波開(kāi)關(guān)預選混頻組件

另外在微波毫米波接收單元設計中，還突破了毫米波開(kāi)關(guān)步進(jìn)衰減器、毫米波放大混頻組件、毫米波本振倍頻分配組件、寬帶低相噪YIG 振蕩器等關(guān)鍵微波毫米波部件的設計制造技術(shù)，使整機在400 MHz ～ 30 GHz頻率范圍具有高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍、快速調諧和多種掃描方式等特點(diǎn)，靈敏度典型值-150 dBm（選通前置放大器達-165 dBm），無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍超過(guò)120 dB，最快調諧速率達1 GHz/ms（@1 MHz 分辨率帶寬）。

3   毫米波下變頻處理單元實(shí)驗結果

頻率范圍如圖3、圖4 所示。

圖3 頻率400 MHz結果圖

圖4 頻率30 GHz結果圖

分析帶寬如圖5 所示。

圖5 頻率30 GHz～帶寬210 MHz結果圖

接收EVM 如圖6。

圖6 頻率30 GHz～帶寬200 MHz EVM結果圖

4   結束語(yǔ)

本文中的多通道毫米波下變頻處理單元方案依據5G 增強移動(dòng)寬帶場(chǎng)景技術(shù)需求和3GPP 標準，支持5G關(guān)鍵技術(shù)，包括新型多址接入、新型多載波、先進(jìn)調制編碼和大規模MIMO 等，支持LTE-Advanced-Pro、5G NR 等通信制式以及增強移動(dòng)寬帶場(chǎng)景測試，單終端天線(xiàn)數不少于8 根。設計采用模塊化設計方法，在統一硬件與軟件平臺上實(shí)現和滿(mǎn)足不同測試。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年5月期）