130 GHz CMOS有源矢量合成移相器

李旭光 刘 兵 傅海鹏 马凯学

(天津大学微电子学院 天津 300072)

1 引言

相控阵技术可应用于通信和雷达等系统前端，实现信号的波束赋形和波束扫描。在信号发射端，相控阵技术可以提升信号的有效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power， EIRP)，在信号接收端提升系统灵敏度[1，2]。近年，随着毫米波通信和雷达技术的发展，相控阵系统以其优势可有效地提升通信系统的通信速率和雷达系统的探测精度，被广泛地应用于如5 G 毫米波通信、汽车雷达[2—4]等。

在相控阵系统中，移相器作为相控阵功能实现最为核心的电路模块，移相器的分辨率和移相精度等性能直接关系相控阵系统的波束扫描分辨率和波束宽度，对相控阵系统的性能起着至关重要的作用。在毫米波频段，随着频率升高，基于半导体工艺实现的毫米波集成电路面临着损耗增加、寄生效应恶化、晶体管增益衰减等问题。面向毫米波相控阵应用，多种毫米波移相器架构被提出，尝试克服毫米波集成电路设计难点，追求移相器的低插损、高移相分辨率、高移相精度，以及小芯片面积[5—10]。

本文中将面向毫米波相控阵雷达应用，阐述一款工作于D波段的有源矢量合成移相器。该移相器采用了宽带共栅放大器和基于电容中和的高增益共源共栅放大器混合级联，并在矢量合成结构中借助数控人工介质(Digital Controlled Artificial Dielectric，DiCAD)补偿结构，实现了全360°相位范围内5.625°的移相分辨率。第2节将介绍移相器的基本架构；第3节将就正交发生器、可变增益级和矢量合成结构进行电路原理介绍；……