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5G毫米波TR组件设计摘要：为了对5G毫米波通信信号进行测试，本文利用锁相技术、混频技术、滤波技术和功率控制技术设计出一种宽带毫米波TR组件，经过实际测试，所有指标都达到了设计要求。并成功用于5G信号综合测试仪中，实现了5G频段24.25GHz～30GHz的通信信号测试。关键词：TR组件5G毫米波本振源基金项目：电子信息测试技术安徽省重点实验室项目，由安徽省“三重一创”项目资助，国家科技重大专项（2017ZX03001020）0引言对于TR组件的设计，已有很多人做了深入的研究[1-4]。但是对于5G毫米波TR组件研制的文献却很少。5G通信信号具有毫米波、大带宽等的特点。为了对5G信号进行测试，本文设计出一种5G毫米波TR组件，并成功用于5G信号综合测试仪中，实现了5G频段24.25GHz-30GHz的通信信号测试。1方案设计1.1设计指标频率范围：24.25GHz-30GHz功率输出范围：-90dBm-10dBm功率输出步进：1dB调制带宽：200MHz分析带宽：200MHz1.2设计方案本设计方案的原理框图如图1所示。对于上行发射通道，中频基带模块产生的0.25GHz-6GHz中频基带信号通过开关选择，经过衰减、放大等功率调整与12GHz点频低相噪本振2次谐波混频获得24.25GHz-30GHz的5G通信频段信号，经过滤波、功率调整后发射出去。对于下行接收通道，24.25GHz-30GHz的5G通信信号功率调整后与12GHz点频低相噪本振2次谐波混频获得0.25GHz-6GHz的中频信号，利用滤波器滤波后经功率调整、开关选择送给中频基带模块进行解调分析。2关键电路设计2.1通道设计TR组件通道设计方案原理框图如图2、3所示。对于6GHz以下SG频段的0.25GHz-6GHz带宽200MHz上行发射信号，由中频基带模块输出给TR组件，本设计方案选用隔离度高达60dB的开关HMC849选择上行发射通道。经过衰减器A-0805-C-03DB和放大器FGB-1509A功率调整后输入到混频器的RF端口。TR组件中混频器选用具有谐波混频功能的谐波混频器HMC264，射频频率范围是21GHz-31GHz，本振频率范围是10.5GHz-15.5GHz，中频频率范围是DC-6GHz。选择谐波混频器可以使设计的本振频率相对较低，本方案中本振源的频率为12GHz。6GHz以下SG频段的0.25GHz-6GHz带宽200MHz上行发射信号通过混频获得24.25GHz-30GHz带宽200MHz的毫米波频段信号。利用腔体滤波器滤除无用的信号后输入给高增益放大器HMC263进行功率放大。由于输出功率范围要求是-90dBm-10dBm，输出功率步进是1dB，所以上行发射通道数控衰减器选择HGC242，每个衰减器最大衰减范围是31.5dB，衰减步进量是0.5dB，采用4个器件级联的方式实现-90dBm-lOdBm功率輸出要求。为了避免上、下行信号相互影响，毫米波输入、输出端口使用环形器连接。对于下行接收通道，24.25GHz-30GHz带宽200MHz的毫米波频段SG信号由收发端口经环形器输入给30dB数控衰减器，通过衰减、放大等功率调整后与12GHz点频本振进行谐波混频得到0.25GHz-6GHz中频信号，利用6GHz低通滤波器滤除本振、射频及交调。使用开关选择切换输出给中频基带模块进行信号解调分析。2.2本振源设计本振源采用双环锁相方案，其原理框图如图4所示。本振模块为TR收、发模块提供变频所需的本振信号。5G毫米波TR组件的相噪指标主要取决于本振模块，根据上、下行通道设计方案的要求，本振频点确定为12GHz。相位噪声是-110dBc/Hz@IOkHz。为了实现高本振低相噪，本振源方案采用双环结构，辅助环提供8.8GHz点频用于混频，利用基波混频实现频率向下搬移，减小主环由于倍频效应带来的相噪恶化。主环的相位噪声-110dBc/Hz@IOkHz，辅助环的相位噪声应满足<-113dBc/Hz@10kHz。为了满足辅助环的相噪指标，本方案选用低相噪频率合成器芯片HMC440作为辅助环整数分频及鉴频鉴相器。该器件的归一化底噪为-233dBc/Hz。假设锁相环芯片的底噪对相位噪声的影响起主导作用，环路带宽内的相噪可以用下式进行估算[5]。PN=PDnoisef[oor+lOlogfPD+20log（fo/fPD）（l）其中，PDnoisefloor表示鉴相器归一化噪声基底，PNfr表示鉴相频率，fo表示锁相环输出频率。PN=-233+lOlog（100×106）+20log（8800/100）=-114dBc（2）假设参考信号的底噪对相位噪声的影响起主导作用，环路带宽内的相噪可以用下面的公式进行估算PN=PNfr+20log（fo/fPD）（3）其中，PNfr