北理工孙厚军教授团队在毫米波/太赫兹集成电路领域取得重要进展
近日，betway88西汉姆联微波与太赫兹技术研究所孙厚军教授团队，在毫米波/太赫兹相控阵集成电路领域取得重要进展。相关研究成果以“A Highly Integrated W-Band 16-Element Phased-Array Transceiver in 40-nm CMOS”（一款基于40-nm CMOS工艺的高集成度 W 波段16单元相控阵收发机）为题发表在国际微波领域顶级期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (TMTT)，并入选9月刊精选论文。
面向W波段相控阵系统，探索高集成度设计新方案
W波段具有丰富的频谱资源，在高速无线通信、无线回传及高分辨率雷达与感知等领域具有重要应用潜力。然而，传统大规模相控阵系统往往需要采用多个芯片协同工作，容易增加本振信号分配、射频互连和系统校准的复杂度，并带来额外的传输损耗。与此同时，W波段收发开关、移相器及幅度控制电路等关键模块也面临芯片面积受限、无源损耗较大和控制精度不足等挑战。针对上述问题，研究团队从系统架构与关键电路协同设计出发，采用射频波束赋形架构，将16个收发前端通道、上下变频电路、本振倍频链及片上功率分配/合成网络集成于同一芯片，在提升集成度的同时兼顾通道一致性和二维阵列扩展能力。
创新关键电路设计，实现高精度幅相控制
研究团队围绕收发切换、波束控制和系统校准提出了多项创新设计。1）提出基于耦合线的紧凑型收发开关：通过将阻抗匹配与收发切换协同设计，并引入辅助耦合线增强隔离，实现低于1 dB的插入损耗，同时大幅减小电路面积。2）实现高精度波束控制：采用7 bit模控移相架构，并将混合式移相与衰减校准电路集成至级间匹配网络，实现360°全范围移相、约2.8°相位分辨率，以及15.5 dB增益调节范围和0.5 dB幅度步进。3）集成系统级校准机制：针对本振泄漏和正交幅相不平衡问题，通过片上校准电路提升本振泄漏抑制与镜像抑制性能，增强收发系统的稳定性。
实测结果验证芯片性能
研究团队基于国产40-nm CMOS工艺完成芯片流片与测试。芯片面积为3.6 mm×5.4 mm。
测试结果表明，发射模式下，芯片峰值转换增益约为33 dB，3 dB带宽为4.4 GHz，饱和输出功率达到12.6 dBm；接收模式下，峰值转换增益约为22 dB，最低噪声系数为9.7 dB，输入1 dB压缩点达到−28 dBm。此外，芯片实现了360°7 bit移相控制，以及15.5 dB增益调节范围和0.5 dB幅度步进。经校准后，本振泄漏抑制超过36 dBc，发射模式镜像抑制比超过52 dBc。该研究在单芯片集成规模和高精度幅相控制方面展现出极大优势，同时是国际上首个报道的支持高精度幅相调谐的W波段相控阵芯片。
面向大规模阵列集成，推动W波段系统发展
本研究实现了16通道W波段收发前端与变频链路的单芯片集成，为大规模毫米波相控阵系统的小型化和可扩展设计提供了新的技术路径。下一步，团队计划开展64阵元天线封装一体化（AiP）模块研究，通过集成四颗16通道收发芯片及配套中频/本振功分芯片，并结合天线与封装的电磁协同设计，进一步推进大规模W波段相控阵系统的集成化实现。
北京理工大学为论文第一完成单位。论文第一作者为betway88西汉姆联博士生应嘉之，通讯作者为betway88西汉姆联朱凯强副教授、吴乾腾教授，和西安电子科技大学刘贝教授。该研究工作得到国家自然科学基金项目（批准号62401061）资助。
论文信息
Jiazhi Ying, Zhiwei Zhou, Zhiqiang Zhao, Zunxiang Wang, Naihe Tang, Yu Zhao, Shuo Yang, Enxian Li, Yikun Wang, Qianteng Wu, Kaiqiang Zhu, Bei Liu, and Houjun Sun, “A Highly Integrated W-Band 16-Element Phased-Array Transceiver in 40-nm CMOS,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 74, no. 9, pp. 8196–8209, Sep. 2026, doi: 10.1109/TMTT.2026.3719676.
论文链接
https://ieeexplore.ieee.org/document/11663151
作者简介
应嘉之，betway88西汉姆联在读博士研究生，导师为孙厚军教授。主要研究方向为硅基毫米波/太赫兹相控阵集成电路。在IEEE TMTT、IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC) 等期刊和国际会议上发表多篇学术论文。
朱凯强，betway88西汉姆联预聘助理教授，博士毕业于北京理工大学，研究方向包括硅基相控阵芯片设计，以及化合物半导体基太赫兹收发机与功率合成技术。
吴乾腾，betway88西汉姆联教授，研究方向为射频 / 模拟电路设计。