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随着互联网技术与物联网技术的进步，各种新型应用场景对通信网络的数据传输速率、网络容量、网络时延和可靠性提出了更加严格的要求。在实际需求和技术发展的双重驱动下，新一代5G移动通信系统得到了快速发展。利用毫米波频段可以有效增加5G通信系统容量与传输速率，同时利用大规模MIMO技术进行空间复用，可以有效提升5G移动通信系统的覆盖范围和频谱效率。本文将针对5G大规模MIMO毫米波前端展开研究，主要完成了一种毫米波前端收发通道和频率源模块的设计。
本文首先针对5G备选频段，采用超外差结构设计了工作在24.25GHz-30GHz频段内的宽带射频收发通道，同时为了减小频率源的设计难度，采用外置本振倍频输入。该毫米波前端中频频率为 7.5GHz，通道带宽为 400MHz。通过对收发通道进行链路仿真验证了方案的可行性，采用基片集成波导和微带线结构完成了射频滤波器和本振滤波器的设计。在此基础上完成了收发通道的设计、加工与测试，测试结果表明：发射通道在各频段带内增益平坦度均小于1.5dB，接收通道在各频段带内增益平坦度均小于2dB。发射通道在28GHz 400MHz带宽5G NR调制信号下的EVM约为-42.3dB，接收机在28GHz 400MHz带宽5G NR调制信号下的EVM约为-37.39dB。测试结果表明该毫米波前端整体性能良好。同时本文采用两级锁相环级联结构设计了输出频率范围为 8.375GHz-11.25GHz 的宽带频率源。第一级锁相环将10MHz参考输入信号锁定到100MHz作为后级PLL的参考输入，以获得更好的频率稳定度和相位噪声。第二级频率合成器采用集成VCO的锁相环芯片来实现 8.375GHz-11.25GHz 的宽带本振信号输出。测试结果表明该频率源模块在不同频偏处的相位噪声分别约为：-95.05dBc/Hz@1KHz、-102.26dBc/Hz@10KHz、-104.77dBc/Hz@100KHz、-115.69dBc/Hz@1MHz。输出功率大于0dBm。为了支持大规模MIMO通信系统的设计，本文还对本振功率分配链路进行了设计，主要包括功率分配器、滤波器和驱动放大器等，测试结果符合预期要求。
本文首先针对5G备选频段，采用超外差结构设计了工作在24.25GHz-30GHz频段内的宽带射频收发通道，同时为了减小频率源的设计难度，采用外置本振倍频输入。该毫米波前端中频频率为 7.5GHz，通道带宽为 400MHz。通过对收发通道进行链路仿真验证了方案的可行性，采用基片集成波导和微带线结构完成了射频滤波器和本振滤波器的设计。在此基础上完成了收发通道的设计、加工与测试，测试结果表明：发射通道在各频段带内增益平坦度均小于1.5dB，接收通道在各频段带内增益平坦度均小于2dB。发射通道在28GHz 400MHz带宽5G NR调制信号下的EVM约为-42.3dB，接收机在28GHz 400MHz带宽5G NR调制信号下的EVM约为-37.39dB。测试结果表明该毫米波前端整体性能良好。同时本文采用两级锁相环级联结构设计了输出频率范围为 8.375GHz-11.25GHz 的宽带频率源。第一级锁相环将10MHz参考输入信号锁定到100MHz作为后级PLL的参考输入，以获得更好的频率稳定度和相位噪声。第二级频率合成器采用集成VCO的锁相环芯片来实现 8.375GHz-11.25GHz 的宽带本振信号输出。测试结果表明该频率源模块在不同频偏处的相位噪声分别约为：-95.05dBc/Hz@1KHz、-102.26dBc/Hz@10KHz、-104.77dBc/Hz@100KHz、-115.69dBc/Hz@1MHz。输出功率大于0dBm。为了支持大规模MIMO通信系统的设计，本文还对本振功率分配链路进行了设计，主要包括功率分配器、滤波器和驱动放大器等，测试结果符合预期要求。