基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构的制作方法

本实用新型涉及仪器仪表领域，尤其涉及大规模多输入多输出仪器领域，具体是指一种基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构。

背景技术：

随着通信技术的发展，人们日常生活所产生的数据量日益增加，智能家居、人工智能以及虚拟现实等技术已经走入或即将走入我们的生活，随之而来的就是数据业务需求的急剧增长。现有的4G移动通信将无法满足如此庞大的数据业务传输需求，因此研究新一代的5G技术将成为解决这个问题的关键。

5G移动通信的关键技术主要有超高效能的无线传输技术和高密度无线网络技术。在无线传输技术方面主要有Massive MIMO(大规模多输入多输出)技术、全双工技术和毫米波通信技术；在无线网络技术方面主要有超密集异构网络技术、软件定义无线网络和自组织网络技术。

作为提高频谱利用率和传输可靠性的有效手段，MIMO技术已经用于LTE和WIFI等多种无线通信系统。一般来说，收发机装配的天线数越多，频谱效率和信道可靠性就也好。基站通过独立调节每根天线的相位，使多路信号在接收端进行同相叠加，从而达到提高接收信号强度的目的。

Massive MIMO技术不仅仅是通过在基站处增加天线的数量就可以成倍的提升无线通信的通信性能，此技术是移动蜂窝网无线通信系统中一种新型的能够提高系统频谱资源利用率和能量利用率的网络设计架构。

Massive MIMO信道模拟器是作为模拟Massive MIMO技术的一种仪器，可以模拟真实空间中的多径衰落、延迟扩展、多普勒衰落等影响通信质量的特性，为研究和模拟Massive MIMO技术提供了很好的信道模型。

本文基于一种5G Massive MIMO信道模拟器，此信道模拟器为128×8矩阵信道模拟器，有136个收发通道，即需要136个本振来驱动各个信道，如何给中136个通道提供本振信号成为本文的解决要点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种采用多路公分组合形式、具备内插放大器、具有对称形式的基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构。

为了实现上述目的，本实用新型的基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构如下：

该基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构，其主要特点是，所述的系统包括本振模块、第一驱动电路和第二驱动电路组，所述的第一驱动电路的输入端与所述的本振模块的输出端相连接，第二驱动电路组包括8个相同的第二驱动电路，所述的8个第二驱动电路的输入端分别与所述的第一驱动电路的八路输出信号的输出端相连接。

较佳地，所述的本振模块包括数控衰减器，与所述的第一驱动电路相连接。

较佳地，所述的第一驱动电路包括一分八功率分配器，且该一分八功率分配器与所述的本振模块相连接。

较佳地，所述的第二驱动电路包括：

第一放大器，所述的第一放大器的输入端与所述的第一驱动电路的输出端相连接；

一分九宽带功率分配器，所述的一分九宽带功率分配器的输入端与所述的第一放大器的输出端相连接；

第二放大器组，包括9个第二放大器，所述的9个第二放大器的输入端分别与所述的一分九宽带功率分配器的九路输出信号的输出端相连接；

一分二功率分配器组，包括9个一分二功率分配器，所述的9个一分二功率分配器的输入端分别与所述的9个第二放大器的输出端相连接。

较佳地，所述的一分九宽带功率分配器包括了两级一分三不等分功率分配器，与所述的第一放大器的输出端相连接。

较佳地，所述的一分三不等分功率分配器采用对称形式，且该一分三不等分功率分配器的三路信号的微带线形式基本相同。

较佳地，所述的第一驱动电路和第二驱动电路组均通过二阶四分之一波长微带线连接。

较佳地，所述的微带线通过窄路微带线的过渡段进行两级阻抗变换。

较佳地，所述的本振模块的输出信号通过射频电缆传输至所述的第一驱动电路，所述的第一驱动电路的输出信号通过射频电缆传输至所述的第二驱动电路组。

采用了该基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构，通过在基站处增加天线的数量就可以成倍的提升无线通信的通信性能，是移动蜂窝网无线通信系统中一种新型的能够提高系统频谱资源利用率和能量利用率的网络设计架构。Massive MIMO信道模拟器需要136个本振来驱动各个收发通道，本技术方案144路本振来驱动收发通道，解决了Massive MIMO信道模拟器本振如何分配问题，解决了Massive MIMO信道模拟器本振驱动功率大小问题，解决了Massive MIMO信道模拟器本振输入相位一致性问题，使本振信号和结构的规划分配合理，具有良好的结构设计，并且有效控制成本，使本技术方案适用性更大，具有广泛的使用前景。

附图说明

图1为本实用新型的基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构的示意图。

图2为本实用新型的基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构的电路框图。

图3为本实用新型的基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构的第一驱动电路的一分八功率分配器电路图。

图4为本实用新型的基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构的第二驱动电路的一分十八功率分配器整体电路图。

图5为本实用新型的基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构的第二驱动电路的一分九功率分配器一分三不等分电路图。

图6为本实用新型的基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构的第二驱动电路的一分九功率分配器不等分支节阻抗匹配部分示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

该基于大规模多输入多输出技术实现本振驱动功能的电路结构，其中，所述的系统包括本振模块、第一驱动电路和第二驱动电路组，所述的第一驱动电路的输入端与所述的本振模块的输出端相连接，第二驱动电路组包括8个相同的第二驱动电路，所述的8个第二驱动电路的输入端分别与所述的第一驱动电路的八路输出信号的输出端相连接。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的本振模块包括数控衰减器，与所述的第一驱动电路相连接。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的第一驱动电路包括一分八功率分配器，且该一分八功率分配器与所述的本振模块相连接。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的第二驱动电路包括：

第一放大器，所述的第一放大器的输入端与所述的第一驱动电路的输出端相连接；

一分九宽带功率分配器，所述的一分九宽带功率分配器的输入端与所述的第一放大器的输出端相连接；

第二放大器组，包括9个第二放大器，所述的9个第二放大器的输入端分别与所述的一分九宽带功率分配器的九路输出信号的输出端相连接；

一分二功率分配器组，包括9个一分二功率分配器，所述的9个一分二功率分配器的输入端分别与所述的9个第二放大器的输出端相连接。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的一分九宽带功率分配器包括了两级一分三不等分功率分配器，与所述的第一放大器的输出端相连接。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的一分三不等分功率分配器采用对称形式，且该一分三不等分功率分配器的三路信号的微带线形式基本相同。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的第一驱动电路和第二驱动电路组均通过二阶四分之一波长微带线连接。

其中，所述的微带线通过窄路微带线的过渡段进行两级阻抗变换。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的本振模块的输出信号通过射频电缆传输至所述的第一驱动电路，所述的第一驱动电路的输出信号通过射频电缆传输至所述的第二驱动电路组。

本实用新型的具体实施方式中，本文基于一种5G Massive MIMO信道模拟器，此信道模拟器为128×8矩阵信道模拟器，有136个收发通道，即需要136个本振来驱动各个信道，如何给中136个通道提供本振信号成为本文的解决要点。

本实用新型的技术方案中，dBm即为分贝毫瓦，dB即为分贝，GHz即为吉赫兹。

Massive MIMO信道模拟器需要136个本振来驱动各个收发通道，见图1。为了合理分配本振信号和结构的规划，将收发通道在结构上分成18个一组，共8组，所以需要一个一分八本振驱动电路、7个一分十八本振驱动电路和1个一分十本振驱动，考虑到成本和结构设计等，采用一个一分八本振驱动电路和8个一分十八本振驱动电路来驱动收发通道，共144路本振来驱动收发通道。

本实用新型提供了一种Massive MIMO的本振驱动电路，包括本振模块，驱动电路1，驱动电路2，本实用新型电路框图见图2。

本振模块产生纯净的宽带且大功率射频信号，本振模块带有数控衰减器，可对最后输出的不同频率信号功率进行调节。

本振模块产生的射频信号输入给驱动电路1，驱动电路1为宽带一分八功率分配器，将本振模块输入的信号等幅同相分成八路信号，见图3，是一分八功率分配器的整体电路图及局部图。

驱动电路1的八路输出信号分别再输入8个相同的驱动电路2，驱动电路2为一分十八宽带功率分配器，且内部含有放大器来保证本振功率。驱动电路2由放大器、一分九宽带功率分配器和一分二功率分配器组成，图4为一分十八功率分配器整体电路图，有驱动电路1输入的本振信号先经过一级放大再进行一分九功率分配，然后再经过一级放大器，最后通过一分二功率等分将信号输出给各个通道的收发模块。

本实用新型驱动电路中，本振输出的信号经过驱动电路1和2将信号等幅同相分为144路本振驱动信号，放大器保证了本振功率大小，驱动电路2中的一分九功率分配器的设计保证了信号的信号相位的一致性。

在Massive MIMO信道模拟器中，需要136路本振驱动，在本振驱动电路设计时采用144路本振驱动输出，收发通道的本振驱动需要≥+15dBm，则设计的本振驱动电路要保证每一路在频率范围内都≥+15dBm。

如图2所示，本振模块通过高稳定晶振产生7.5GHz～13.5GHz本振信号，谐波优于-40dBc，功率≥+14dBm，功率可由其中的数控衰减器进行调节，衰减器范围为0～15dB。本振模块输出的宽带信号经过射频电缆连接到驱动电路1的输入口，通过驱动电路的一分八功率分配器将信号等幅同相分成八路信号，输出的功率≥-1dBm。驱动电路1输出的信号再由射频电缆输入到驱动电路2中，在输入电路2中，信号先经过一级放大器，再通过一分九功率分配器，再经过一级放大器，最后经过一分二功率分配器输出，最后输出信号≥+15dBm。

如图3所示，为驱动电路1的一分八功率分配器，尺寸为32.8mm×328.6mm，此功率分配器采用Rogers4350B基板，采用二阶四分之一波长微带线进行阻抗变换，从而实现所需的7.5GHz～13.5GHz的带宽。根据Massive MIMO信道模拟器的结构设计，功率分配器输出端口间距为44.5mm。驱动电路1的插损≤15dB，当本振模块输入的信号功率≥+14dBm时，驱动电路1输出的信号功率≥-1dBm。

如图4所示，为驱动电路2的整体电路图，尺寸为66.8mm×382.5mm，其中包含放大器，一分九功率分配器和一分二功率分配器。功率分配器基板同样采用Rogers4350B基板，并采用二阶四分之一波长微带线进行阻抗变换，保证信号带宽。根据Massive MIMO信道模拟器的收发通道间距，一分九功率分配器输出端口间距为43mm，一分二功率分配器输出端口间距为17.5mm。

由于驱动电路2输出端口为十八路输出，不为2的N次方(N为整数)，这样使得功率分配器的设计中必定包含奇数功率分配，这样便设计了一分九功率分配器，其中包含了两级一分三不等分功率分配器，如图5所示，为一分三不等分功率分配器的局部。提供给收发通道的本振信号需要等幅同相，所以在一分三不等分功率分配器中采用了对称方式，即三路的微带线形式基本相同，这样保证了在这三条路径上信号的相位保持一致性。

在一分九功率分配器中，由于其中包含了一分三不等分功率分配器，在功率分配时微带线宽会不一致，导致有一路微带线会很窄，如图6所示，这样会造成阻抗的不匹配，所以在窄路微带线到最后微带线的过渡中进行了两级阻抗变换，微带线由窄变宽，使得阻抗有良好的匹配。

在驱动电路2中，第一级放大器的增益为18dB，一分九功率分配器插损≤16dB，第二级放大器增益为18dB，一分二功率分配器插损≤4dB，当由驱动电路1输入的功率≥-1dBm时，驱动电路2最后输出的功率≥+15dBm，保证了收发模块的本振驱动。同时，7.5GHz～13.5GHz信号输出在不同情况下的增益和插损会不同，此时便可通过控制本振模块的数控衰减器来调节最后的输出功率，使得信号功率在要求范围之内。

Massive MIMO信道模拟器需要136个本振来驱动各个收发通道，本技术方案144路本振来驱动收发通道，解决了Massive MIMO信道模拟器本振如何分配问题，解决了Massive MIMO信道模拟器本振驱动功率大小问题，解决了Massive MIMO信道模拟器本振输入相位一致性问题，使本振信号和结构的规划分配合理，具有良好的结构设计，并且有效控制成本，使本技术方案适用性更大，具有广泛的使用前景。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。