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A CMOS 4-Element Ku-Band Phased-Array transceiver

Chinese Journal of Electronics 2022年第6期31卷 1092-1105页

作者： ZHANG Xiaoning YU Yiming ZHAO Chenxi LIU Huihua WU Yunqiu KANG Kai School of Electronic Science and Engineering University of Electronic Science and Technology of China

this paper presents a Ku-Band fully differential 4-element phased-array transceiver using a standard 180-nm CMOS process. Each transceiver is integrated with a 5-bit phase shifter and 4-bit attenuator for high-resolution radiation manipulation. the front-end system adopts time-division mode, and hence two low-loss t/r switches are included in each channel. At room temperature, the measured root-mean-square（rMS） phase error is less than 5.5°. Furthermore, the temperature influence on passive switched phase shifters is ***, an extra phase-shifting cell is developed to calibrate phase error varying with the operating temperatures. With the calibration, the rMS phase error is reduced by 7° at-45 ℃, and 5.4° at 85 ℃. the rMS amplitude error is less than 0.92 dB at 15-18 GHz. In the rX mode, the tested gain is 9.6±1.1 dB at 16.5 GHz with a noise figure of 10.9 dB, and the input P1dB is-15 dBm,while the single-channel's gain and output P1dB in the tX mode are 11.3±0.4 dB and 9.4 dBm at 16.1 GHz, respectively. the whole chip occupies an area of 5×4.2 mm2and the measured isolation between each two adjacent channels is lower than-23.1 dB.

关键词： microwave switches passive networks time-division mode CMOS fully differential 4-element ku-band phased-array transceiver attenuator attenuators rMS amplitude error passive switched phase shifters high-resolution radiation manipulation calibration MMIC phase shifters front-end system tX mode field effect MMIC extra phase-shifting cell rMS phase error CMOS integrated circuits measured root-mean-square phase error rX mode low-loss t/r switches radio transceivers room temperature standard CMOS process

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