一种采用非对称槽线结构的串联-并联组合器的宽带亚太赫兹（Sub-THz）高功率功率放大器，基于130纳米SiGe双互补金属氧化物半导体（BiCMOS）技术实现

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：A High-Power Wideband Sub-THz Power Amplifier With Asymmetric Slotline-Based Series–Parallel Combiner in 130-nm SiGe BiCMOS Technology

本文采用130nm SiGe BiCMOS工艺设计了一款高功率宽带亚太赫兹功率放大器，创新性地采用非对称槽线功分器（ASSPC）实现四路差分集电极输出级并合，相比传统变压器结构具有更低损耗和更宽带宽，并集成Y平衡器实现均匀负载牵引特性。实测在235GHz处获得15.7dBm饱和输出功率，1dB带宽达75GHz（220-330GHz WR-3.4带），峰值增益19.8dB（184.5-257.2GHz）。支持16/32/64-QAM调制，不同阶数下均方误差矢量幅度分别为-18.1/-22.9/-24.5dB，对应平均输出功率4.1/4.8/3.3dBm（中心频率242GHz）。

　　

摘要：

本文介绍了一种采用130纳米SiGe BiCMOS技术实现的高功率、宽带亚太赫兹功率放大器（PA）。该功率放大器采用了一种新型的非对称槽线式串并联合成器（ASSPC）来进行输出功率合成。ASSPC不仅实现了低损耗、宽频带的功率合成，还为四个差分级联PA单元提供了高效的导纳匹配，性能优于传统的变压器式结构。在ASSPC中集成了导纳平衡器（Y-平衡器），确保每个单元都能获得最佳的负载牵引导纳。本文提供了包含Y-平衡器的ASSPC的分析和设计指南。该功率放大器在235GHz频率下可实现最高的饱和输出功率（15.7 dBm），并在WR-3.4频段（220–330GHz）内具有最宽的1 dB功率带宽（75GHz）。其峰值增益为19.8 dB，3 dB带宽覆盖范围为72.7 GHz（从184.5 GHz到257.2 GHz）。此外，该功率放大器还经过多种调制方案的测试，包括16-正交幅度调制（QAM）、32-QAM和64-QAM。在242 GHz载波频率下，16-QAM、32-QAM和64-QAM信号的均方根误差矢量幅度（EVM）分别为-18.1 dB、-22.9 dB和-24.5 dB，相应的平均输出功率分别为4.1 dBm、4.8 dBm和3.3 dBm。