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W-band CMOS beamforming ICs and integrated phased-array antennas with 20+ Gb/s data rates

Science China(Information Sciences) 2024年第11期67卷 300-316页

作者： Dixian ZHAO Peigen YU Shan JIANG Weihan GAO Pingyang HE Huiqi LIU School of Information Science and Engineering Southeast University Purple Mountain Laboratories Chengdu Xphased Technology Co. Ltd.

This article presents the design and implementation of W-band transmitter(TX) and receiver(RX) phased-array antennas, which leverage CMOS and printed circuit board(PCB) technologies to integrate the phased-array antennas with eight-channel beamforming ICs. The beamforming IC applies the variable gain amplifier(VGA) with fractional bits and the vector-modulated variable gain phase shifter(VGPS) for wide range and high precision of gain and phase shifting, providing moderate power gain. The phased-array board consists of 384 TX and 384 RX antenna elements, along with 48 TX and 48 RX beamforming *** also incorporates Wilkinson power dividers/combiners, a power management system, and a beamforming control module, all integrated into a cost-effective multi-layer PCB. Fabricated in 65-nm bulk CMOS, the IC achieves 3° RMS phase error for phase shifting and 0.5 d B RMS gain error for gain shifting, ensuring high precision of antenna pointing. The over-the-air(OTA) measurement of the proposed W-band phased-array antennas achieves a 64-QAM constellation with a symbol rate of 3.5 GS/s, resulting in raw data rates of21 Gb/s.

关键词： W-band phased array CMOS gigabit wireless link antenna on PCB

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