一种采用频率重构技术的28/39 GHz四通道双频段相控阵发射机前端

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A 28/39-GHz Four-Channel Dual-Band Phased-Array Transmitter Front-End Exploiting Frequency Reconfigurable Technique

5G双频段可重构射频前端设计与验证，采用65nm CMOS工艺实现24-40GHz宽频带覆盖，通过混合模式上变频器实现K/Ka双频段切换，在低/高频段分别达到9.2dBm和10.5dBm压缩点，杂波抑制性能优异，并完成PCB天线阵列的OTA波束成形测试，实现±30°和±15°波束偏转范围，构建了1.2Gbps/800Mbps双频通信链路。

　　

摘要：

本文介绍了一种用于5G新无线电（NR）的双频段频率可重构相控阵发射机（TX）前端。提出了一种可重构频率上转换器（RFUC），以实现频率重构，从而覆盖K波段和Ka波段的通信。该RFUC具有单混频模式和双混频模式，分别能够在射频端口实现24-30 GHz和36-40 GHz的频段覆盖，而无需改变本振（LO）或中频（IF）的带宽。通过采用优化的频率方案，RFUC还将混频杂散信号和LO泄漏信号移出射频通道的通带，从而实现了出色的杂散抑制效果。为了实现24-40 GHz频段的覆盖并支持双频段操作，采用了宽带结构来构建射频通道的关键组件。该原型相控阵发射机采用65纳米CMOS工艺实现。测量结果显示，该TX前端在10-12 GHz的LO范围和4-6 GHz的IF范围内能够覆盖目标频段，在低频段和高频段的输出功率压缩点分别超过9.2 dBm和10.5 dBm。测试得到的镜像抑制比（IRR）在两个频段范围内均为44-81 dB。通过基于PCB的宽带Vivaldi天线阵列和TX集成电路（IC），实现了四通道相控阵系统，以展示空中（OTA）波束成形性能。该相控阵发射机在28 GHz和39 GHz频段的波束指向范围分别为±30°和±15°。此外，还使用该TX系统与相应的可重构接收机建立了发射和接收无线通信链路，在26 GHz和34.6 GHz频段下，该链路的数据速率分别达到了1.2 Gbps和800 Mbps。