5G多通道毫米波下變頻處理單元設計實現*

為了滿足頻段和性能的不同需求，設計微波毫米波接收單元時本著模塊化、系列化的設計原則，同時采用集成化設計技術保證了整機信號接收通路的優異性能。考慮到頻段需要覆蓋400 MHz ~6 GHz、（24.25~30）GHz兩個頻段，毫米波收發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：電子測量儀器技術蚌埠市技術創新中心項目（5G終端模擬測試技術）

2   接收通路的高靈敏度實現

為了實現接收通路高靈敏度的接收，在方案設計時主要從3 個方面考慮：①各變頻模塊全部采用基波混頻技術，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，如果通路壓縮點設計不合理，通過加入前置放大器來改善靈敏度反而會容易造成大信號壓縮，導致動態范圍的降低。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，防止對大信號造成壓縮。③采用微波部件集成技術，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題。

在接收通路的設計過程中，重點對超寬帶微波毫米波部件的設計制造技術進行攻關。毫米波開關預選混頻組件（即(6 ～ 30) GHz 變頻模塊）包括30 GHz 電子開關、(6 ～ 30) GHz YIG 濾波預選器、30 GHz 基波混頻器、6 GHz 低通濾波和匹配網絡等部分，這些組件指標要求高，加工工藝復雜，技術難度大，對整機相關性能影響大，是制約國產儀表無法覆蓋毫米波高頻段的關鍵微波部件。在設計過程中，將克服國內加工工藝水平和材料等方面的限制，突破毫米波電子開關設計技術、毫米波YTF 耦合結構設計技術、線性強磁場設計實現技術、毫米波雙平衡基波混頻技術和毫米波組件混合集成設計技術等五大技術難點，通過多次反復試驗，攻克該難題，研制高性能毫米波開關預選混頻組件（實物如圖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的基礎。

圖2 毫米波開關預選混頻組件

另外在微波毫米波接收單元設計中，還突破了毫米波開關步進衰減器、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 振蕩器等關鍵微波毫米波部件的設計制造技術，使整機在400 MHz ～ 30 GHz頻率范圍具有高靈敏度、大動態范圍、快速調諧和多種掃描方式等特點，靈敏度典型值-150 dBm（選通前置放大器達-165 dBm），無失真動態范圍超過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

本文中的多通道毫米波下變頻處理單元方案依據5G 增強移動寬帶場景技術需求和3GPP 標準，支持5G關鍵技術，包括新型多址接入、新型多載波、先進調制編碼和大規模MIMO 等，支持LTE-Advanced-Pro、5G NR 等通信制式以及增強移動寬帶場景測試，單終端天線數不少于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現和滿足不同測試。

（本文來源于《電子產品世界》雜志社2021年5月期）