新聞中心

EEPW首頁 > 手機與無線通信 > 設計應用 > 5G毫米波TR組件設計

5G毫米波TR組件設計

作者:陶長亞時間:2020-05-27來源:電子產品世界收藏

  陶長亞(1.電子信息測試技術安徽省重點實驗室,安徽?蚌埠?2330062.中國電子科技集團公司第41研究所,安徽?蚌埠?2330063.中電科儀器儀表(安徽)有限公司,安徽?蚌埠?233006)

本文引用地址:http://www.mzugvc.icu/article/202005/413610.htm

  摘?要:為了對通信信號進行測試,本文利用鎖相技術、混頻技術、濾波技術和功率控制技術設計出一種寬帶,經過實際測試,所有指標都達到了設計要求。并成功用于信號綜合測試儀中,實現了頻段24.25 GHz~30 GHz的通信信號測試。

  關鍵詞: 5G

  基金項目:電子信息測試技術安徽省重點實驗室項目,由安徽省“三重一創”項目資助,國家科技重大專項(2017ZX03001020)

  0 引言

  對于的設計,已有很多人做了深入的研究[1-4]。但是對于5 G毫米波TR組件研制的文獻卻很少。5 G通信信號具有毫米波、大帶寬等的特點。為了對5 G信號進行測試,本文設計出一種5 G毫米波TR組件,并成功用于5 G信號綜合測試儀中,實現了5 G頻段24.25 GHz~30 GHz的通信信號測試。

  1 方案設計

  1.1 設計指標

  頻率范圍:24.25 GHz~30 GHz

  功率輸出范圍:-90 dBm~10 dBm

  功率輸出步進:1 dB

  調制帶寬:200 MHz

  分析帶寬:200 MHz

  1.2 設計方案

  本設計方案的原理框圖如圖1所示。對于上行發射通道,中頻基帶模塊產生的0.25 GHz~6 GHz中頻基帶信號通過開關選擇,經過衰減、放大等功率調整與12 GHz點頻低相噪本振2次諧波混頻獲得24.25 GHz~30 GHz的5G通信頻段信號,經過濾波、功率調整后發射出去。對于下行接收通道,24.25 GHz~30 GHz的5 G通信信號功率調整后與12 GHz點頻低相噪本振2次諧波混頻獲得0.25 GHz~6 GHz的中頻信號,利用濾波器濾波后經功率調整、開關選擇送給中頻基帶模塊進行解調分析。

1591594983864586.jpg

  2 關鍵電路設計

  2.1 通道設計

  TR組件通道設計方案原理框圖如圖2、3所示。對于6 GHz以下5G頻段的0.25 GHz~6 GHz帶寬200 MHz上行發射信號,由中頻基帶模塊輸出給TR組件,本設計方案選用隔離度高達60 dB的開關HMC849選擇上行發射通道。經過衰減器A-0805-C-03DB和放大器FGB-1509A功率調整后輸入到混頻器的RF端口。TR組件中混頻器選用具有諧波混頻功能的諧波混頻器HMC264,射頻頻率范圍是21 GHz~31 GHz,本振頻率范圍是10.5 GHz~15.5 GHz,中頻頻率范圍是DC~6 GHz。選擇諧波混頻器可以使設計的本振頻率相對較低,本方案中的頻率為12 GHz。6 GHz以下5G頻段的0.25 GHz~6 GHz帶寬200 MHz上行發射信號通過混頻獲得24.25 GHz~30 GHz帶寬200 MHz的毫米波頻段信號。利用腔體濾波器濾除無用的信號后輸入給高增益放大器HMC263進行功率放大。由于輸出功率范圍要求是-90 dBm~10 dBm,輸出功率步進是1 dB,所以上行發射通道數控衰減器選擇HGC242,每個衰減器最大衰減范圍是31.5 dB,衰減步進量是0.5 dB,采用4個器件級聯的方式實現-90 dBm~10 dBm功率輸出要求。為了避免上、下行信號相互影響,毫米波輸入、輸出端口使用環形器連接。對于下行接收通道,24.25 GHz~30 GHz帶寬200 MHz的毫米波頻段5 G信號由收發端口經環形器輸入給30 dB數控衰減器,通過衰減、放大等功率調整后與12 GHz點頻本振進行諧波混頻得到0.25 GHz~6 GHz中頻信號,利用6 GHz低通濾波器濾除本振、射頻及交調。使用開關選擇切換輸出給中頻基帶模塊進行信號解調分析。

1591595017895931.jpg

1591595018111904.jpg

  2.2 設計

  本振源采用雙環鎖相方案,其原理框圖如圖4所示。

微信截圖_20200608133726.jpg

  本振模塊為TR收、發模塊提供變頻所需的本振信號。5G毫米波TR組件的相噪指標主要取決于本振模塊,根據上、下行通道設計方案的要求,本振頻點確定為12 GHz。相位噪聲是-110 dBc/[email protected] kHz。為了實現高本振低相噪,本振源方案采用雙環結構,輔助環提供8.8 GHz點頻用于混頻,利用基波混頻實現頻率向下搬移,減小主環由于倍頻效應帶來的相噪惡化。

  主環的相位噪聲-110 dBc/[email protected] kHz,輔助環的相位噪聲應滿足<-113 dBc/[email protected] kHz。為了滿足輔助環的相噪指標,本方案選用低相噪頻率合成器芯片HMC440作為輔助環整數分頻及鑒頻鑒相器。該器件的歸一化底噪為-233 dBc/Hz。假設鎖相環芯片的底噪對相位噪聲的影響起主導作用,環路帶寬內的相噪可以用下式進行估算 [5] 。

  PN=PDnoisefloor+10logfPD+20log(fo/fPD) (1)

  其中,PDnoisefloor表示鑒相器歸一化噪聲基底,PNfr表示鑒相頻率,fo表示鎖相環輸出頻率。

  PN=-233+10log(100 × 106)+20log(8800/100)=-114dBc (2)

  假設參考信號的底噪對相位噪聲的影響起主導作用,環路帶寬內的相噪可以用下面的公式進行估算

  PN=PNfr+20log(fo/fPD) (3)

  其中,PNfr表示參考信號的相噪。

  PN=-160+20log(8800/100)=-121dBc (4)

  根據上面的估算,相位噪聲完全能夠滿足設計指標。

  采用100 MHz高鑒相頻率,設計三級不同帶寬的環路濾波器,使用三級環路濾波器級聯的方式對主環路中產生的相位噪聲、諧波、雜散等高頻分量進行濾波。

1591595065512590.jpg

1591595065133987.jpg

1591595065350176.jpg

  3 測試結果

  根據本方案設計的5G毫米波TR組件經調試后安裝到5G信號綜合測試儀中并對其進行測試,所有指標都滿足設計要求。

  4 結論

  本方案利用鎖相技術、混頻技術、濾波技術和功率控制技術設計出一種寬帶毫米波TR組件,經過實際測試,所有指標都達到了設計要求。并成功用于5 G信號綜合測試儀中,實現了5G頻段24.25 GHz~30 GHz的通信信號測試,具有較好的應用價值。

  參考文獻:

  [1] 黃建. 毫米波有源相控陣TR組件集成技術[J].電訊技術,2011,51(2):1-6.

  [2] 季帥,張慧鋒,嚴少敏,潘栓龍. 基于MCM技術的X波段四通道TR組件設計[J].火控雷達技術,2015,44 (2):73 -77.

  [3] 祁華,張世文.L波段雙通道TR組件設計[J].現代導航,2018,4(2):119-123.

  [4] 張志鴻. Ka波段TR部件的研究與設計.[碩士學位論文].成都.電子科技大學,2011.

  [5] 周建,張玉興. Ku波段低相噪頻率源的研制[J].現代電子技術,2007,30(23):85-87.

 ?。ㄗⅲ罕疚膩碓从诳萍计诳峨娮赢a品世界》2020年第06期第68頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。)



評論


相關推薦

技術專區

關閉
下载优部怎么才能赚钱 梦之城之娱乐登录 黑龙江p62中奖规则及金额图 11选5遗漏数据查询吉林 二分彩好的购彩方法有吗 云南快乐十分走势图50 11选5任8每天赚300计划 河北福彩2o选5走势图 欢乐生肖买号技巧 蒙古十一选五走势图内蒙古 福建快3开奖结果多少钱