CN112202506B - 空气基片集成波导毫米波发信机测试平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气基片集成波导毫米波发信机测试平台，该测试平台是双空气腔双模基片集成波导滤波器结构的毫米波发信机测试平台，主要包括毫米波发射链路(1)，毫米波接收链路(2)和数字中频电路(3)；毫米波接收链路(2)的输入端为本测试平台的信号输入端，毫米波接收链路(2)的输出端接数字中频电路(3)的输入端，数字中频电路(3)的输出端接毫米波发射链路(1)的输入端，毫米波发射链路(1)的输出端为本测试平台的信号输出端。发射链路中的滤波器采用双空气腔双模基片集成波导滤波器(AFSIW)结构，可以极大降低损耗，提高链路增益。接收端的定向耦合器以弱耦合方式将发射信号反馈回接收链路，经过放大，滤波，变频到基带进行处理。

Description

空气基片集成波导毫米波发信机测试平台
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体的，特别是涉及一种毫米波发信机测试平台，降低链路中的损耗和面积，提高整体性能。
背景技术
第五代移动通信(5G)是面向2020年以及未来移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。5G通信技术将拥有更多的频谱资源，更高的频谱利用率和更密集的组网部署。传统的通信系统一般设计在6GHz以下的频段，该频段能够提供的频谱资源比较有限，尤其是很难获得较大的连续带宽，给移动通信的发展带来了瓶颈。与之形成鲜明对比的是，毫米波频段仍然存在着大量的未被开发的有价值的频段，因此毫米波频段为未来无线通信系统演进和发展提供了潜在的应用前景，可以很好的支持5G通信系统实现更宽的信号带宽和更高的数据传输。
本发明专注于毫米波宽带高效无线通信发信机的关键技术研究，将双空气腔双模滤波器应用于发射链路中，降低链路中损耗和面积，提高整体性能。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种空气基片集成波导毫米波发信机测试平台，采用单层平面结构的双空气腔双模带通滤波器降低链路损耗，设计中金属化结构件作为隔舱和压块实现功能的复用，体现了良好的导电、屏蔽和散热特性。
技术方案：本发明的一种空气基片集成波导毫米波发信机测试平台解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
该测试平台是双空气腔双模基片集成波导滤波器结构的毫米波发信机测试平台，主要包括毫米波发射链路，毫米波接收链路和数字中频电路；毫米波接收链路的输入端为本测试平台的信号输入端，毫米波接收链路的输出端接数字中频电路的输入端，数字中频电路的输出端接毫米波发射链路的输入端，毫米波发射链路的输出端为本测试平台的信号输出端。
所述的毫米波发射链路主要由上变频器、第一级驱动放大器、滤波器、第二级驱动放大器顺序串联连接组成。
所述的第一滤波器为双空气腔双模基片集成波导滤波器，采用基于金属压块结构的单层双空气腔双模带通滤波器，并用金属压块结构作为发射和接收链路的隔舱，用于屏蔽串扰信号和杂散信号，有效抑制本振泄露和镜像频率等干扰杂散信号。
所述的毫米波接收链路主要由定向耦合器、低噪声放大器、第二滤波器和下变频器顺序串联连接组成，用于将接收链路信号放大，反馈到数字中频电路进行处理。
所述的数字中频电路用于产生发射信号，对接收信号进行处理，实现基带数字信号与毫米波电路信号的转换，包括基带电路、数模转换器、模数转换器组成，基带电路的输出接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端作为数字中频电路的输出端；模数转换器的输入端作为数字中频电路的输入端，模数转换器的输出端，接基带电路的输入端。
所述的滤波器采用基于金属压块结构的单层双空气腔双模带通滤波器，用于抑制本振泄露和镜像频率信号。
所述的金属压块结构作为发射和接收链路的隔舱，用于屏蔽串扰信号和杂散信号。
所述的毫米波发射链路和接收链路均设计在单层高频印制电路板中，并通过导电胶黏合在金属结构件表面。
所述的数字中频电路与毫米波电路通过低损耗同轴传输线连接。
有益效果：本发明公开了一种毫米波发信机测试平台，通过采用单层平面结构的双空气腔双模带通滤波器降低链路损耗，设计中金属化结构件作为隔舱和压块实现功能的复用，体现了良好的导电、屏蔽和散热特性。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中一种毫米波发信机测试平台的结构框图；
图2为本发明具体实施方式中一种毫米波发信机测试平台的单层双空气腔双模滤波器模型图；
图3为本发明具体实施方式中一种毫米波发信机测试平台的单层双空气腔双模滤波器频率响应曲线；
图4为本发明具体实施方式中一种毫米波发信机测试平台的电路结构装配概念图；
图5a为本发明具体实施方式中一种毫米波发信机测试平台的电路版图，图5b为实物图；
图6a为本发明具体实施方式中一种毫米波发信机测试平台的射频性能测试结果。图6b为本发明具体实施方式中一种毫米波发信机对本振信号的抑制特性。
图中有：毫米波发射链路1、毫米波接收链路2、数字中频电路3、上变频器4、第一级驱动放大器5、第一滤波器6、第二级驱动放大器7、定向耦合器8、低噪声放大器9、第二滤波器10、下变频器11、基于金属压块结构12、单层双空气腔13。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种毫米波发信机测试平台，主要包括数字中频电路，毫米波发射链路和毫米波接收链路和本地振荡器电路，具体可以参考图1。
上变频器4技术参数：变频损耗为11dB，输入1dB压缩点为6dBm，射频端口与本振端口隔离度为45dB；
第一级驱动放大器5技术参数：增益15dB，输出1dB压缩点为23dBm，带内增益平坦度为1dB；
第一滤波器6技术参数：采用单层双空气腔基片集成波导滤波器，可以看做是12和13结构的组合，设计参数为工作频率38-39GHz，插入损耗优于2dB，回波损耗优于 10dB，左边带附近产生传输零点，能够对系统中的本振泄露以及镜像频率信号实现较好的抑制；
第二级驱动放大器7技术参数：增益15dB，输出1dB压缩点为23dBm，带内增益平坦度为1dB；(同第一级驱动放大器5)；
定向耦合器8技术参数：采用基片集成波导定向耦合器，直通端口损耗为1dB，耦合端口的度为20dB，隔离端口的度为25dB，回波损耗优于16dB；
低噪声放大器9技术参数：增益为25dB，输出1dB压缩点为23dBm，噪声系数3dB；
第二滤波器10技术参数：采用四阶紧凑型基片集成波导带通滤波器，设计参数为工作频率38-39GHz，插入损耗优于2dB，回波损耗优于10dB；
下变频器11技术参数：变频损耗为11dB，输入1dB压缩点为6dBm，射频端口与本振端口隔离度为45dB；(同上变频4)；
基于金属压块结构12技术参数：镀银的金属压块，具有良好的导电，散热和屏蔽特性；
单层双空气腔13技术参数：采用单层印制板电路，方便与其他有源电路集成，双空气腔结构可以实现四阶带通滤波响应，同时还可以提高滤波器的带外选择特性。
该测试平台是双空气腔双模基片集成波导滤波器结构的毫米波发信机测试平台，主要包括毫米波发射链路1，毫米波接收链路2和数字中频电路3；毫米波接收链路2的输入端为本测试平台的信号输入端，毫米波接收链路2的输出端接数字中频电路3的输入端，数字中频电路3的输出端接毫米波发射链路1的输入端，毫米波发射链路1的输出端为本测试平台的信号输出端。所述的毫米波发射链路1主要由上变频器4、第一级驱动放大器5、滤波器6、第二级驱动放大器7顺序串联连接组成。所述的第一滤波器6 为双空气腔双模基片集成波导滤波器，采用基于金属压块结构12的单层双空气腔13双模带通滤波器，并用金属压块结构12作为发射和接收链路的隔舱，用于屏蔽串扰信号和杂散信号，有效抑制本振泄露和镜像频率等干扰杂散信号。
所述的毫米波接收链路2主要由定向耦合器8、低噪声放大器9、第二滤波器10和下变频器11顺序串联连接组成，用于将接收链路信号放大，反馈到数字中频电路进行处理。
所述的数字中频电路3用于产生发射信号，对接收信号进行处理，实现基带数字信号与毫米波电路信号的转换，包括基带电路、数模转换器、模数转换器组成，基带电路的输出接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端作为数字中频电路3的输出端；模数转换器的输入端作为数字中频电路3的输入端，模数转换器的输出端，接基带电路的输入端。
数字中频电路产生信号从发射通道的输入端输入，经过毫米波发射链路中的上变频器，滤波器，放大器后输出能够驱动待测毫米波功率放大器的信号。其中，发射链路的滤波器采用单层平面结构的双空气腔双模带通滤波器。该滤波器设计在单层印制电路板中，采用两个空气谐振腔级联的形式，上下设置有镀银的金属结构件压合，降低了介质损耗，提高了品质因数，具体可以参考图2。空气腔双模带通滤波器可以在通带左侧产生一个传输零点，可以有效抑制本振泄露和镜像频率信号。此外，该毫米波滤波器的插入损耗较低，可以有效减少发射链路的增益损失，具体可以参考图3。
毫米波发射和接收链路中设置金属隔舱来屏蔽串扰信号和杂散信号，金属压块作为双空气腔双模带通滤波器上下的导电平面。金属隔舱和金属压块实现了功能的复用，具有良好的导电，屏蔽和散热特性。具体可以参考图4。毫米波发信机测试平台的电路版图和实物图参考图5。
毫米波发信机测试平台的射频性能测试结果参考图6。发射和接收通道的增益分别为16dB和11dB。增益平坦度分别为2dB和1.7dB。发射杂散抑制主要包括本振泄露，镜像频率以及其他组合杂散频率的抑制，本振泄露信号的抑制度均超过了37dBc，实现良好的射频的性能，满足发信机对信号传输的要求。在采用QAM-64调制信号测试下，对应的调制精度为2.5％，具有较好的调制精度。

Claims (5)

1.一种空气基片集成波导毫米波发信机测试平台，其特征在于，该测试平台是双空气腔双模基片集成波导滤波器结构的毫米波发信机测试平台，主要包括毫米波发射链路（1），毫米波接收链路（2）和数字中频电路（3）；毫米波接收链路（2）的输入端为本测试平台的信号输入端，毫米波接收链路（2）的输出端接数字中频电路（3）的输入端，数字中频电路（3）的输出端接毫米波发射链路（1）的输入端，毫米波发射链路（1）的输出端为本测试平台的信号输出端；
所述的毫米波发射链路（1）主要由上变频器（4）、第一级驱动放大器（5）、第一滤波器（6）、第二级驱动放大器（7）顺序串联连接组成；
所述的第一滤波器（6）为双空气腔双模基片集成波导滤波器，采用基于金属压块结构（12）的单层双空气腔（13）双模带通滤波器，并用金属压块结构（12）作为发射和接收链路的隔舱，用于屏蔽串扰信号和杂散信号，有效抑制本振泄露和镜像频率的干扰杂散信号。
2.根据权利要求1所述的空气基片集成波导毫米波发信机测试平台，其特征在于：所述的毫米波接收链路（2）主要由定向耦合器（8）、低噪声放大器（9）、第二滤波器（10）和下变频器（11）顺序串联连接组成，用于将接收链路信号放大，反馈到数字中频电路进行处理。
3.根据权利要求1所述的空气基片集成波导毫米波发信机测试平台，其特征在于：所述的数字中频电路（3）用于产生发射信号，对接收信号进行处理，实现基带数字信号与毫米波电路信号的转换，包括基带电路、数模转换器、模数转换器组成，基带电路的输出接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端作为数字中频电路（3）的输出端；模数转换器的输入端作为数字中频电路（3）的输入端，模数转换器的输出端，接基带电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的空气基片集成波导毫米波发信机测试平台，其特征在于：所述的毫米波发射链路（1），毫米波接收链路（2）均设计在单层高频印制电路板中，并通过导电胶黏合在金属结构件表面。
5.根据权利要求1所述的空气基片集成波导毫米波发信机测试平台，其特征在于：所述的数字中频电路（3）与毫米波电路通过低损耗同轴传输线连接。
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