南科大深港微电子学院方小虎团队在宽带射频与毫米波集成电路领域取得系列成果

2026-01-19 科研聚焦 浏览量：20

近日，南方科技大学工学院国家示范性微电子学院方小虎团队在宽带射频与毫米波集成电路设计领域取得多项重要研究进展。围绕高能效功率放大器、毫米波射频开关以及超宽带低噪声放大器等关键射频前端模块，团队在理论创新与工程实现方面均取得突破性成果。研究成果包括：一是一款工作在0.6–3.6 GHz的超宽带功率放大器；二是设计了一款宽带毫米波高线性DEPA；三是提出并实现了一种宽带紧凑型 GaN MMIC  SPDT开关；四是设计了一款10-30 GHz的低噪声放大器。相关论文成果一和二已经发表于微波电路领域顶级期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques（SCI收录，中科院JCR I区）；论文成果三发表于IEEE Solid-State Circuits Letters；论文成果四将发表于IEEE Microwave and Wireless Technology Letters。

1. 超宽带多象限阻抗调制理论研究

针对传统负载调制功率放大器因匹配网络相移引入的固有带宽限制问题，团队系统研究了网络相移与调制象限之间的内在联系。通过严谨的理论推导，首次证明当主放大路径相移随频率变化时，可在无开关式G 类模式与 Doherty 模式之间实现带内平滑过渡。

基于该机制，本文研制了一款工作于0.6–3.6 GHz 的超宽带功率放大器。测试结果表明，该功放在全频段内饱和输出功率达到 38.7–40.2 dBm；在 6 dB 和 7.5 dB 回退点，漏极效率分别可达 44%–57% 和 40%–57%。在 40 MHz 带宽、7.5 dB 峰均比的 256-QAM 调制信号激励下，平均漏极效率达到 38%–50%，经数字预失真后，误差矢量幅度低于 1.1%，邻道泄漏功率比优于 –45 dBc，充分验证了该方法在宽带高线性应用中的可行性。

方小虎老师作为本文的第一作者，董昊倪和石杰为论文的第二和第三作者。董昊倪是南科大2024届在读硕士研究生（也是南科大本科毕业生），石杰是南科大2022届博士研究生。该论文得到了国家自然科学基金面上项目等项目的资助。

[1] X. Fang, H. Dong and J. Shi, "An Ultrawideband Back-Off Efficiency-Enhanced Power Amplifier Utilizing In-Band Mode Transition Between Switchless Class-G and Doherty," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 73, no. 8, pp. 4915-4928, Aug. 2025, doi: 10.1109/TMTT.2025.3540876.

在电路实现层面，基于0.15 μm GaN-on-SiC 工艺，本文实现了一款宽带高线性DEPA。在 400 MHz 带宽、峰均比 9.65 dB 的 5G NR 64QAM 信号激励下，该放大器在 24.25–29 GHz 和 29–30.3 GHz 频段内分别实现了 超过 20% 和 16.9% 的平均功率附加效率，同时始终保持低于 –25 dB 的均方根误差矢量幅度，展现出优异的宽带、高线性与高效率综合性能。

方小虎老师作为本文的第一作者，代文琪和石杰为论文的第二和第三作者。代文琪是南科大2025届在读博士研究生（也是南科大2022届本科毕业生，硕转博），石杰是南科大2022届在读博士研究生。该论文得到了国家自然科学基金面上项目等项目的资助。

论文[2]中设计的芯片照片以及调制信号测试结果

3、多通带单刀双掷及单刀单掷射频开关的设计技术研究

射频开关是毫米波射频前端系统中的关键功能模块。针对GaN-on-SiC 工艺下传统低通型匹配网络在高频段难以兼顾宽带与高隔离的问题，团队围绕毫米波射频开关开展了系统性研究。

本文提出并实现了一种基于改进型π 网络的宽带紧凑型 GaN MMIC SPDT 开关结构。通过对开关导通与关断状态等效电路的深入分析，改进型 π 网络能够有效补偿隔离路径中的寄生电感与电容效应，在保证低插入损耗的同时，实现宽带阻抗匹配与高隔离度。

基于0.15 μm GaN-on-SiC 工艺实现的 SPDT 开关在 10–28 GHz 频段内插入损耗低于 2.1 dB，隔离度超过 42 dB，IIP3 高达 50 dBm，兼具宽带、高隔离与高线性特性。进一步地，团队将研究拓展至多通带 SPST 开关设计，通过引入带通匹配网络，实现了 15–40 GHz 频段内低损耗与高隔离度的统一，为高功率毫米波射频前端提供了可靠的工程解决方案。

王朝榕为论文的第一作者，方小虎老师作为本文的通讯作者。王朝榕是南科大2023届在读硕士研究生。该论文得到了国家自然科学基金面上项目等项目的资助。

[3] Chaorong Wang; Quan Pan; Xiaohu Fang*, “A Broadband and Compact GaN Millimeter-Wave MMIC SPDT Switch Using Modified π-Networks,” IEEE Solid-State Circuits Letters, vol. 9, pp. 21–24, 2026, doi: 10.1109/LSSC.2025.3646815.

论文[3]中设计的芯片照片以及测试结果

4、高性能超宽带低噪声放大器设计技术研究

面向新一代宽带接收系统的应用需求，团队开展了高性能超宽带低噪声放大器设计技术研究。通过引入创新性的电感反馈网络，结合电容、电感与电阻构成可调反馈回路，研究建立了基于晶体管小信号模型的数值优化方法，在增益平坦度与噪声性能之间实现有效平衡。

本文最终设计实现了一款覆盖10–30 GHz 的超宽带低噪声放大器。测试结果表明，该 LNA 在全频段内实现 25.1–28.1 dB 的增益、2.1–3.4 dB 的噪声系数，输入输出回波损耗分别优于 –8 dB 和 –10 dB。该成果在超宽带条件下兼顾了高增益与低噪声性能，为毫米波接收前端提供了高性能硬件支撑。

黄维为论文的第一作者，方小虎老师作为本文的通讯作者。黄维是南科大2025届在读博士研究生。该论文得到了国家自然科学基金面上项目等项目的资助。

论文[4]中设计的芯片照片以及测试结果