一款28 GHz的紧凑型相控阵波束形成器，其在40纳米CMOS工艺下的峰值功率输出（P SAT）为21.3 dBm，噪声系数为5.2 dB

本文提出了一种28-GHz紧凑型高功率相控阵波束成形器，基于40nm CMOS工艺。通过并行组合变压器（PCT）嵌入的收发开关与高功率放大器（PA）和低噪声放大器（LNA）的集成设计，在降低插入损耗的同时实现功率合成。引入双向可变增益相移器（Bi-VGPS）实现收发模式下的幅度与相位控制，并采用带外抑制技术（FSST）在中间匹配网络中生成传输零点，提升带外信号抑制能力。实测峰值增益达22dB（TX）/24dB（RX），PAE分别为18.3%/15.9%，接收端噪声系数5.2dB，支持5.625°相位分辨率和12dB增益调节范围。芯片尺寸仅3.6mm2（含封装）。

　　

摘要：

本文介绍了一种采用40纳米CMOS工艺实现的28 GHz紧凑型高功率相控阵波束形成器。该波束形成器采用了嵌入式并行组合变压器（PCT）的发射/接收（T/R）开关，与高功率功率放大器（PA）和低噪声放大器（LNA）集成在一起，以在实现功率合成的同时将插入损耗降至最低。引入了一种双向可变增益移相器（Bi-VGPS），以便在发射（TX）和接收（RX）模式下实现幅度和相位控制，从而实现紧凑型波束形成器的设计。此外，还在级间匹配网络中加入了频率选择性抑制技术（FSST），以生成传输零点，从而增强带外（OOB）信号的抑制能力。实验测得该波束形成器的峰值增益分别为22 dB（TX）和24 dB（RX）。相应的PAEmax/PAE比分别为18.3%/15.9%。在接收模式下，最小噪声系数（NF）为5.2 dB。TX和RX模式均支持5.625°的相位分辨率，相位误差小于1.2°（均方根值），同时具备12 dB的增益控制范围，增益步长为0.5 dB，并且在24–30 GHz范围内保持0.4 dB的均方根相位误差。在使用64-QAM、400 MSym/s单载波信号进行调制测试时，该相控阵波束形成器的功率输出（Pout）为15.9 dBm，平均PAE（PAEavg）为8.3%，EVMrms值为-24.9 dB。这种四元素相控阵波束形成器所占芯片面积仅为3.6 mm2（包括焊盘）。