毫米波相控阵在5G移动通信、雷达与高精度感知等应用中扮演着核心角色，其中Ka波段收发机前端对“相位-幅度双精度可控”的射频芯片提出了极高要求。传统矢量合成式移相器往往需要在移相分辨率、幅度动态范围、功耗与电路复杂度之间做艰难权衡；同时，可变增益放大器（VGA）在不同偏置电流下端口阻抗显著变化，会劣化IQ信号发生器的幅相平衡，导致移相器在宽频段内难以兼顾高精度与高集成度。

针对上述瓶颈，天津大学团队提出了一种基于阻抗恒定矢量调制的Ka波段可变增益移相器。研究成果以“Design and Analysis of Ka-Band Variable-Gain Phase Shifter with Impedance-Invariant Vector Modulation”为题在微电子学与集成电路领域国际顶级期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)上发表，第一作者为博士生张庆哲，通讯作者为王科平教授。

图1 提出架构的示意图

该设计在0.13 μm SiGe BiCMOS工艺下实现，创新性地引入负反馈磁耦合补偿结构构建阻抗恒定VGA，通过耦合电感与反馈电阻协同作用，有效抑制不同增益状态及偏置电流下VGA输入、输出端口阻抗的变化，从源头保障IQ发生器的幅相精度。芯片工作在32–38 GHz频段，支持7位、全360°相位分辨率以及4位、7.5 dB动态范围的增益调节。测量结果表明，在相移模式下，中心频率35.5 GHz处的RMS相位/幅度误差分别仅为0.33°/0.10 dB，在可变增益模式下则进一步压缩至0.23°/0.08 dB，且在全频段内RMS相位/幅度误差均小于约1.9°/0.93 dB。芯片核心面积约0.51 mm²（版图尺寸约1062 × 534 μm²），直流功耗仅为7.4–12.2 mW，同时保持稳定的输出IP1dB（-5.2至-6.5 dBm），在宽带、高精度及低功耗等指标上均达到国际先进水平，为新一代高精度毫米波相控阵前端提供了紧凑、高集成度的相控解决方案。

图2 提出芯片及系统的结构示意图

参考文献：Q. Zhang, Y. Lai and K. Wang, "Design and Analysis of Ka-Band Variable-Gain Phase Shifter With Impedance-Invariant Vector Modulation," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 60, no. 11, pp. 4197-4209, Nov. 2025, doi: 10.1109/JSSC.2025.3552990.