CN110391795A - 一种片上模拟多波束移相合成器 - Google Patents

一种片上模拟多波束移相合成器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种片上模拟多波束移相合成器，可应用于相控阵接收机中，单芯片支持多波束合成，且采用完全连接架构，每个波束都是有所有输入通道的接收信号经过移相合成产生的，相比于其他多波束架构，具有更高的合成增益，同时改善了接收机信噪比和波束指向性。多波束的意义还在于单个相控阵系统可同时对多个目标追踪、测控、通信，应用灵活度更高。

Description

一种片上模拟多波束移相合成器
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种片上模拟多波束移相合成器。
背景技术
随着集成电路生产工艺的不断发展，采用互补金属氧化物半导体工艺的相控阵系统实现了高集成度和低成本，在汽车雷达、卫星通信、毫米波成像、短距离高速无线通信等领域获得了广泛应用。相控阵系统通过对接收到的各路信号进行加权合成，形成具有规定指向的波束，这一过程也被称为波束成形。模拟波束移相合成由于其具有较低的功耗和设计复杂度而成为应用最为广泛的相控阵架构。
传统片上模拟波束合成器一般采用多天线输入单波束输出，或多天线输入分组合成为≤4个的波束，后者虽然支持多波束应用，但由于每个波束没有完全利用所有接收通道，因此牺牲了部分合成增益。在完全连接模拟多波束移相合成架构中，每个波束都由全部通道接收信号经移相合成产生，充分利用合成增益改善信噪比，提高空间选择性。多波束移相合成器应用于相控阵系统中，可实现同时定位、追踪、测控多个目标，或与不同方向的多个目标间通信。相比于单波束相控阵系统，多波束系统以单芯片面积、功耗的略微增大换取了整体性能的极大改进。模拟多波束移相合成的通信理论发展完备，但随着接收通道数量和合成波束数量的增加，单芯片多波束移相合成器的结构复杂度迅速提高，成为限制其应用的主要因素。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种片上模拟多波束移相合成器，应用于相控阵接收端，充分利用所有通道接收信号的合成增益，改善了接收机信噪比和空间选择性，能够同时对多个目标测控、通信，提高了系统集成度。实现本发明目的的技术方案如下：
一种片上模拟多波束移相合成器，其特征在于：其包括m个输入通道、树形合成网络和n个输出通道，m个输入通道的电路相同，m＝2γ,γ＝0,1,2,...，n个输出通道的电路相同，n＝1,2,3,...；模拟多波束移相合成器的射频输入为m对差分信号(INP1，INN1)、(INP2，INN2)、……、(INPm，INNm)，射频输出为n对差分信号(OUTP1，OUTN1)、(OUTP2，OUTN2)、……、(OUTPn，OUTNn)；其中，每个输入通道包括一个正交信号合成器IQG和n个矢量调制器VM，IQG输入射频差分信号(INP，INN)，输出两路正交的射频差分信号(VIP，VIN)、(VQP，VQN)，这两路射频差分信号(VIP，VIN)、(VQP，VQN)连接至n个矢量调制移相器，每个矢量调制器均产生一组差分输出(BP，BN)，所有的差分输出均连接至后级的树形合成网络；树形合成网络共有m×n对差分输入(BP，BN)和n对差分输出(CP，CN)，每个输出通道均包括一个电流合成器C，其输入信号为(CP，CN)，输出信号为(OUTP，OUTN)。
进一步地，所述的输入通道的正交信号合成器IQG包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，电感L1、L2，N型金属氧化物半导体场效应晶体管Ma1、Ma2、Ma3、Ma4、Ma5、Ma6、Ma7、Ma8、Ma9、Ma10、Ma11、Ma12，变压器X1、X2，其射频输入端口为INP、INN，射频输出端口为VIP、VIN、VQP、VQN，直流电压偏置端口为VB、VBI、VBQ、VBNI、VBNQ、VBNCI、VBNCQ、VGI、VGQ；
INP与电感L1一端和电容C1的一端相连，电感L1的另一端连接至电阻R2的一端和电容C5的一端，电容C1的另一端连接至电阻R1的一端和电容C3的一端；INN与电感L2一端和电容C2的一端相连，电感L2的另一端连接至电阻R1的另一端和电容C4的一端，电容C2的另一端连接至电阻R2的另一端和电容C6的一端。R3、R4、R5、R6为kΩ量级的大电阻，一端连接VB，另一端分别连接至IP、QN、QP、IN。C3、C4、C5、C6为隔直电容，且取值相同，它们的另一端分别连接至IP、QN、QP、IN；晶体管Ma1源极接芯片地，栅极接VBNI，漏极与Ma2源极相连；Ma2栅极接VBNCI，漏极与Ma3、Ma4的源极相连；Ma3的栅极接IP，漏极接Ma5的源极；Ma5的栅极接VGI，漏极接变压器X1初级线圈的一端；Ma4的栅极接IN，漏极接Ma6的源极；Ma6的栅极接VGI，漏极接变压器X1初级线圈的另一端；变压器X1的次级线圈两端记为VIP、VIN，次级线圈中心抽头接VBI。晶体管Ma7源极接芯片地，栅极接VBNQ，漏极与Ma8源极相连；Ma8栅极接VBNCQ，漏极与Ma9、Ma10的源极相连；Ma9的栅极接QP，漏极接Ma11的源极；Ma11的栅极接VGQ，漏极接变压器X2初级线圈的一端；Ma10的栅极接QN，漏极接Ma12的源极；Ma12的栅极接VGQ，漏极接变压器X2初级线圈的另一端；变压器X2的次级线圈两端记为VQP、VQN，次级线圈中心抽头接VBQ。
进一步地，所述的输入通道的矢量调制器VM包括I路可调增益阵列GMI和Q路可调增益阵列GMQ，GMI的输入为差分信号(VIP，VIN)，GMQ的输入为差分信号(VQP，VQN)，GMI和GMQ的输出相连合成为差分信号(BP，BN)；GMI和GMQ的内部电路设计相同，均包括s个增益单元gm1、gm2、……、gms，s≥1；全部增益单元的射频输入连接到一起，记为(VP，VN)，全部增益单元的射频输出连接到一起，记为(BP，BN)；
所述的可调增益阵列的增益单元包括晶体管Mb0、Mb1、Mb2、Mb3、Mb4、Mb5、Mb6、Mb7、Mb8、Mb9、Mb10、Mb11、Mb12、Mb13、Mb14，射频输入为差分信号(VP，VN)，射频输出为差分信号(BP，BN)，直流偏置包括VBN、VBNC，控制信号包括ENP、ENN、VSP、VSN；晶体管Mb0、Mb1、Mb2的源极接芯片地，Mb0的漏极接Mb3、Mb4的源极，Mb0的栅极接VBN；Mb1的栅极接ENN，漏极与Mb3的栅极、Mb5的源极相连，Mb5的栅极接ENP，漏极接VBNC；Mb2的栅极接ENP，漏极与Mb4的栅极、Mb6的源极相连，Mb6的栅极接ENN，漏极接VBNC；Mb3的漏极接Mb7、Mb9的源极，Mb4的漏极接Mb8、Mb10的源极，Mb7的漏极接Mb11、Mb13的源极，Mb9的漏极接Mb12、Mb14的源极，Mb8、Mb10的漏极接芯片电源VDD；VP接Mb7、Mb8的栅极，VN接Mb9、Mb10的栅极；VSP接Mb11、Mb12的栅极；VSN接Mb13、Mb14的栅极；BP接Mb11、Mb14的漏极，BN接Mb12、Mb13的漏极。
进一步地，所述的可调增益阵列的s个增益单元gm1、gm2、……、gms对应晶体管Mb0、Mb3、Mb4、Mb7、Mb8、Mb9、Mb10、Mb11、Mb12、Mb13、Mb14尺寸相同。
进一步地，所述的可调增益阵列的s个增益单元gm1、gm2、……、gms间对应晶体管Mb0、Mb3、Mb4、Mb7、Mb8、Mb9、Mb10、Mb11、Mb12、Mb13、Mb14的宽度呈2的倍数依次放大，同时保持沟道长度不变。
进一步地，所述的树形合成网络包含m×n对差分输入(BP，BN)和n对差分输出(CP，CN)，其中，(BP11，BN11)、(BP21，BN21)、……、(BPm1，BNm1)通过差分共面波导传输线与(CP1，CN1)相连；(BP12，BN12)、(BP22，BN22)、……、(BPm2，BNm2)通过差分共面波导传输线与(CP2，CN2)相连；以此类推，(BP1n，BN1n)、(BP2n，BN2n)、……、(BPmn，BNmn)通过差分共面波导传输线与(CPn，CNn)相连；由于m取值为m＝2γ,γ＝0,1,2,...，树形合成网络基于二叉树的形式连接，二合一次数为γ；差分共面波导传输线的左右两侧通过通孔将各金属层连通，并连接芯片地。
进一步地，所述的输出通道的电流合成器C包括N型金属氧化物半导体场效应晶体管Mc1、Mc2和变压器X3，射频输入端口为CP、CN，射频输出端口为OUTP、OUTN；晶体管Mc1的源极接CP，栅极接VG，漏极接变压器X3初级线圈的一端；晶体管Mc2的源极接CN，栅极接VG，漏极接变压器X3初级线圈的另一端；变压器初级线圈的中心抽头接芯片电源VDD，次级线圈两端分别接OUTP、OUTN。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：(1)本发明的片上模拟多波束移相合成器采用完全连接多波束架构，意味着每个波束都是由全部输入通道的接收信号经移相合成得到的。相比于部分连接多波束架构，给定单通道技术指标，完全连接多波束具有更高的合成增益，由此也改善了接收机信噪比和波束指向性。(2)多波束移相合成器的输出波束之间互相独立，具有可重构和可配置能力，多波束相控阵系统支持多目标跟踪、测控、通信，在短距离高速无线数据传输、低轨卫星测控通信等领域具有良好的应用前景。(3)在需要多目标同时交互的应用中，应用模拟多波束移相合成器的相控阵具有更低的整体功耗和系统成本。
附图说明
图1是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的整体结构框图；
图2是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的正交信号合成器的电路原理图；
图3(a)是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的矢量调制器的结构框图；
图3(b)是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的矢量调制器的可调增益阵列的结构框图；
图4是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的矢量调制器的可调增益阵列的增益单元的电路原理图；
图5(a)是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的树形合成网络在m＝2时合成n个波束时的布线方案图；
图5(b)是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的树形合成网络在m＝4时合成n个波束时的布线方案图；
图5(c)是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的树形合成网络中差分走线的横截面图；
图6是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的电流合成器的电路原理图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明提出的片上模拟多波束移相合成器，包括m个输入通道、树形合成网络和n个输出通道，m个输入通道的电路相同，m＝2γ,γ＝0,1,2,...，n个输出通道的电路相同，n＝1,2,3,...；模拟多波束移相合成器的射频输入为m对差分信号(INP1，INN1)、(INP2，INN2)、……、(INPm，INNm)，射频输出为n对差分信号(OUTP1，OUTN1)、(OUTP2，OUTN2)、……、(OUTPn，OUTNn)；其中，每个输入通道包括一个正交信号合成器IQG和n个矢量调制器VM，IQG输入射频差分信号(INP，INN)，输出两路正交的射频差分信号(VIP，VIN)、(VQP，VQN)，这两路射频差分信号(VIP，VIN)、(VQP，VQN)连接至n个矢量调制移相器，每个矢量调制器均产生一组差分输出(BP，BN)，所有的差分输出均连接至后级的树形合成网络；树形合成网络共有m×n对差分输入(BP，BN)和n对差分输出(CP，CN)，每个输出通道均包括一个电流合成器C，其输入信号为(CP，CN)，输出信号为(OUTP，OUTN)。
如图2所示，本发明提出的片上模拟多波束移相合成器的输入通道的正交信号合成器IQG包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，电感L1、L2，N型金属氧化物半导体场效应晶体管Ma1、Ma2、Ma3、Ma4、Ma5、Ma6、Ma7、Ma8、Ma9、Ma10、Ma11、Ma12，变压器X1、X2，其射频输入端口为INP、INN，射频输出端口为VIP、VIN、VQP、VQN，直流电压偏置端口为VB、VBI、VBQ、VBNI、VBNQ、VBNCI、VBNCQ、VGI、VGQ；INP与电感L1一端和电容C1的一端相连，电感L1的另一端连接至电阻R2的一端和电容C5的一端，电容C1的另一端连接至电阻R1的一端和电容C3的一端；INN与电感L2一端和电容C2的一端相连，电感L2的另一端连接至电阻R1的另一端和电容C4的一端，电容C2的另一端连接至电阻R2的另一端和电容C6的一端。R3、R4、R5、R6为kΩ量级的大电阻，一端连接VB，另一端分别连接至IP、QN、QP、IN。C3、C4、C5、C6为隔直电容，它们的另一端分别连接至IP、QN、QP、IN；晶体管Ma1源极接芯片地，栅极接VBNI，漏极与Ma2源极相连；Ma2栅极接VBNCI，漏极与Ma3、Ma4的源极相连；Ma3的栅极接IP，漏极接Ma5的源极；Ma5的栅极接VGI，漏极接变压器X1初级线圈的一端；Ma4的栅极接IN，漏极接Ma6的源极；Ma6的栅极接VGI，漏极接变压器X1初级线圈的另一端；变压器X1的次级线圈两端记为VIP、VIN，次级线圈中心抽头接VBI。晶体管Ma7源极接芯片地，栅极接VBNQ，漏极与Ma8源极相连；Ma8栅极接VBNCQ，漏极与Ma9、Ma10的源极相连；Ma9的栅极接QP，漏极接Ma11的源极；Ma11的栅极接VGQ，漏极接变压器X2初级线圈的一端；Ma10的栅极接QN，漏极接Ma12的源极；Ma12的栅极接VGQ，漏极接变压器X2初级线圈的另一端；变压器X2的次级线圈两端记为VQP、VQN，次级线圈中心抽头接VBQ。
作为其中一种实施例，正交信号合成器IQG中，电感L1、L2取值相同，记为L，电容C1、C2取值相同，记为C，电阻R1、R2取值相同，记为R，R由输入阻抗匹配确定。L和C的理论值计算公式如下：
其中，Q＝1，ω0＝2πf0，f0是工作频段中心频率。电阻R3、R4、R5、R6取值相同，电阻值在kΩ以上；电容C3、C4、C5、C6取值相同，且均为隔直电容；晶体管Ma1、Ma2组成尾电流源，用于偏置晶体管Ma3、Ma4，晶体管Ma5、Ma6的栅极电压VGI接芯片电源电位。同理，晶体管Ma7、Ma8组成尾电流源，用于偏置晶体管Ma9、Ma10，晶体管Ma11、Ma12的栅极电压VGQ接芯片电源电位。用于提供矢量调制器输入晶体管直流偏置的VBI和VBQ电位相同。
如图3(a)所示，本发明提出的片上模拟多波束移相合成器的输入通道的矢量调制器包括I路可调增益阵列GMI和Q路可调增益阵列GMQ，GMI的输入为差分信号(VIP，VIN)，GMQ的输入为差分信号(VQP，VQN)，GMI和GMQ的输出相连合成为差分信号(BP，BN)。
如图3(b)所示，为本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的矢量调制器的可调增益阵列的结构框图，GMI和GMQ的内部电路设计相同，均包括s个增益单元gm1、gm2、……、gms，s≥1。全部增益单元的射频输入连接到一起，记为(VP，VN)，全部增益单元的射频输出连接到一起，记为(BP，BN)。每个增益单元的控制信号均独立提供，为使整体结构更加直观，在图3(a)和图3(b)中未标注控制信号接口。
如图4所示，本发明的片上模拟多波束移相合成器的矢量调制器的可调增益阵列的增益单元包括晶体管Mb0、Mb1、Mb2、Mb3、Mb4、Mb5、Mb6、Mb7、Mb8、Mb9、Mb10、Mb11、Mb12、Mb13、Mb14，射频输入为差分信号(VP，VN)，射频输出为差分信号(BP，BN)，直流偏置包括VBN、VBNC，控制信号包括ENP、ENN、VSP、VSN。晶体管Mb0、Mb1、Mb2的源极接芯片地，Mb0的漏极接Mb3、Mb4的源极，Mb0的栅极接VBN。Mb1的栅极接ENN，漏极与Mb3的栅极、Mb5的源极相连，Mb5的栅极接ENP，漏极接VBNC；Mb2的栅极接ENP，漏极与Mb4的栅极、Mb6的源极相连，Mb6的栅极接ENN，漏极接VBNC。Mb3的漏极接Mb7、Mb9的源极，Mb4的漏极接Mb8、Mb10的源极，Mb7的漏极接Mb11、Mb13的源极，Mb9的漏极接Mb12、Mb14的源极，Mb8、Mb10的漏极接芯片电源VDD。VP接Mb7、Mb8的栅极，VN接Mb9、Mb10的栅极；VSP接Mb11、Mb12的栅极；VSN接Mb13、Mb14的栅极；BP接Mb11、Mb14的漏极，BN接Mb12、Mb13的漏极。
本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的矢量调制器的可调增益阵列的增益单元中，VBN和VBNC接固定偏置电位，晶体管Mb1、Mb2、Mb5、Mb6用作增益使能开关，如当ENP为高电平，ENN为低电平时，晶体管Mb3导通，晶体管Mb4关断，(VP，VN)经Mb7、Mb9差分放大产生(BP，BN)，此时该增益单元对输入射频信号提供一个固定增益；当ENP为低电平，ENN为高电平时，晶体管Mb3关断，晶体管Mb4导通，使得晶体管Mb7、Mb9处于截止状态，此时该增益单元对输入射频信号的增益为0。晶体管Mb11、Mb12、Mb13、Mb14用作象限选择开关，控制(BP，BN)的极性，如当VSP为高电平，VSN为低电平时，Mb11、Mb12导通，Mb13、Mb14关断，在ENP为高电平，ENN为低电平时，输入射频信号经Mb7、Mb9差分放大并经过Mb11、Mb12产生(BP，BN)，记此时极性为正；当VSP为低电平，VSN为高电平时，Mb11、Mb12关断，Mb13、Mb14导通，在ENP为高电平，ENN为低电平时，输入射频信号经Mb7、Mb9差分放大并经过Mb13、Mb14产生(BN，BP)，记此时极性为负，由此实现切换极性。此外，当Mb7、Mb9关断时，Mb8、Mb10导通，其目的是在切换增益使能控制信号ENP、ENN时，输入端口VP、VN的寄生电容保持恒定。
本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的矢量调制器的可调增益阵列的增益单元gm1、gm2、……、gms的结构相同，一种设计方案是这些增益单元间对应器件尺寸也相同，另一种方案是这些增益单元间对应晶体管Mb0、Mb3、Mb4、Mb7、Mb8、Mb9、Mb10、Mb11、Mb12、Mb13、Mb14的宽度呈2的倍数依次放大，同时保持沟道长度不变。
图5(a)是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的树形合成网络在m＝2时合成n个波束时的布线方案图。图5(b)是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的树形合成网络在m＝4时合成n个波束时的布线方案。依此类推，m取其他值时，二叉树合成网络结构相似。本发明提出的片上模拟多波束移相合成器的树形合成网络包含树形合成网络共有m×n对差分输入(BP，BN)和n对差分输出(CP，CN)。(BP11，BN11)、(BP21，BN21)、……、(BPm1，BNm1)通过差分共面波导传输线与(CP1，CN1)相连；(BP12，BN12)、(BP22，BN22)、……、(BPm2，BNm2)通过差分共面波导传输线与(CP2，CN2)相连；以此类推，(BP1n，BN1n)、(BP2n，BN2n)、……、(BPmn，BNmn)通过差分共面波导传输线与(CPn，CNn)相连。由于m取值为m＝2γ,γ＝0,1,2,...，树形合成网络可基于二叉树的形式连接，二合一次数为γ，例如输入4通道，所述树形合成网络单个输出波束的产生需要2次二合一。图5(c)是本发明所述的片上模拟多波束移相合成器的树形合成网络中差分走线的横截面。差分共面波导传输线的正信号和负信号布线金属使用生产工艺中电导率最高的金属层次，左右两侧通过通孔将各金属层连通，并连接芯片地。
如图6所示，本发明提出的片上模拟多波束移相合成器的电流合成器C包括N型金属氧化物半导体场效应晶体管Mc1、Mc2和变压器X3，射频输入端口为CP、CN，射频输出端口为OUTP、OUTN。晶体管Mc1的源极接CP，栅极接VG，漏极接变压器X3初级线圈的一端；晶体管Mc2的源极接CN，栅极接VG，漏极接变压器X3初级线圈的另一端。变压器初级线圈的中心抽头接芯片电源VDD，次级线圈两端分别接OUTP、OUTN。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种片上模拟多波束移相合成器，其特征在于：其包括m个输入通道、树形合成网络和n个输出通道，m个输入通道的电路相同，m＝2γ,γ＝0,1,2,...，n个输出通道的电路相同，n＝1,2,3,...；模拟多波束移相合成器的射频输入为m对差分信号(INP1，INN1)、(INP2，INN2)、……、(INPm，INNm)，射频输出为n对差分信号(OUTP1，OUTN1)、(OUTP2，OUTN2)、……、(OUTPn，OUTNn)；其中，每个输入通道包括一个正交信号合成器IQG和n个矢量调制器VM，IQG输入射频差分信号(INP，INN)，输出两路正交的射频差分信号(VIP，VIN)、(VQP，VQN)，这两路射频差分信号(VIP，VIN)、(VQP，VQN)连接至n个矢量调制移相器，每个矢量调制器均产生一组差分输出(BP，BN)，所有的差分输出均连接至后级的树形合成网络；树形合成网络共有m×n对差分输入(BP，BN)和n对差分输出(CP，CN)，每个输出通道均包括一个电流合成器C，其输入信号为(CP，CN)，输出信号为(OUTP，OUTN)。
2.根据权利要求1所述的一种片上模拟多波束移相合成器，其特征在于：所述的输入通道的正交信号合成器IQG包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，电感L1、L2，N型金属氧化物半导体场效应晶体管Ma1、Ma2、Ma3、Ma4、Ma5、Ma6、Ma7、Ma8、Ma9、Ma10、Ma11、Ma12，变压器X1、X2，其射频输入端口为INP、INN，射频输出端口为VIP、VIN、VQP、VQN，直流电压偏置端口为VB、VBI、VBQ、VBNI、VBNQ、VBNCI、VBNCQ、VGI、VGQ；
INP与电感L1一端和电容C1的一端相连，电感L1的另一端连接至电阻R2的一端和电容C5的一端，电容C1的另一端连接至电阻R1的一端和电容C3的一端；INN与电感L2一端和电容C2的一端相连，电感L2的另一端连接至电阻R1的另一端和电容C4的一端，电容C2的另一端连接至电阻R2的另一端和电容C6的一端。R3、R4、R5、R6为kΩ量级的大电阻，一端连接VB，另一端分别连接至IP、QN、QP、IN。C3、C4、C5、C6为隔直电容，且取值相同，它们的另一端分别连接至IP、QN、QP、IN；晶体管Ma1源极接芯片地，栅极接VBNI，漏极与Ma2源极相连；Ma2栅极接VBNCI，漏极与Ma3、Ma4的源极相连；Ma3的栅极接IP，漏极接Ma5的源极；Ma5的栅极接VGI，漏极接变压器X1初级线圈的一端；Ma4的栅极接IN，漏极接Ma6的源极；Ma6的栅极接VGI，漏极接变压器X1初级线圈的另一端；变压器X1的次级线圈两端记为VIP、VIN，次级线圈中心抽头接VBI。晶体管Ma7源极接芯片地，栅极接VBNQ，漏极与Ma8源极相连；Ma8栅极接VBNCQ，漏极与Ma9、Ma10的源极相连；Ma9的栅极接QP，漏极接Ma11的源极；Ma11的栅极接VGQ，漏极接变压器X2初级线圈的一端；Ma10的栅极接QN，漏极接Ma12的源极；Ma12的栅极接VGQ，漏极接变压器X2初级线圈的另一端；变压器X2的次级线圈两端记为VQP、VQN，次级线圈中心抽头接VBQ。
3.根据权利要求1所述的片上模拟多波束移相合成器，其特征在于，所述的输入通道的矢量调制器VM包括I路可调增益阵列GMI和Q路可调增益阵列GMQ，GMI的输入为差分信号(VIP，VIN)，GMQ的输入为差分信号(VQP，VQN)，GMI和GMQ的输出相连合成为差分信号(BP，BN)；GMI和GMQ的内部电路设计相同，均包括s个增益单元gm1、gm2、……、gms，s≥1；全部增益单元的射频输入连接到一起，记为(VP，VN)，全部增益单元的射频输出连接到一起，记为(BP，BN)；
所述的可调增益阵列的增益单元包括晶体管Mb0、Mb1、Mb2、Mb3、Mb4、Mb5、Mb6、Mb7、Mb8、Mb9、Mb10、Mb11、Mb12、Mb13、Mb14，射频输入为差分信号(VP，VN)，射频输出为差分信号(BP，BN)，直流偏置包括VBN、VBNC，控制信号包括ENP、ENN、VSP、VSN；晶体管Mb0、Mb1、Mb2的源极接芯片地，Mb0的漏极接Mb3、Mb4的源极，Mb0的栅极接VBN；Mb1的栅极接ENN，漏极与Mb3的栅极、Mb5的源极相连，Mb5的栅极接ENP，漏极接VBNC；Mb2的栅极接ENP，漏极与Mb4的栅极、Mb6的源极相连，Mb6的栅极接ENN，漏极接VBNC；Mb3的漏极接Mb7、Mb9的源极，Mb4的漏极接Mb8、Mb10的源极，Mb7的漏极接Mb11、Mb13的源极，Mb9的漏极接Mb12、Mb14的源极，Mb8、Mb10的漏极接芯片电源VDD；VP接Mb7、Mb8的栅极，VN接Mb9、Mb10的栅极；VSP接Mb11、Mb12的栅极；VSN接Mb13、Mb14的栅极；BP接Mb11、Mb14的漏极，BN接Mb12、Mb13的漏极。
4.根据权利要求3所述的片上模拟多波束移相合成器，其特征在于，所述的可调增益阵列的s个增益单元gm1、gm2、……、gms对应晶体管Mb0、Mb3、Mb4、Mb7、Mb8、Mb9、Mb10、Mb11、Mb12、Mb13、Mb14尺寸相同。
5.根据权利要求3所述的片上模拟多波束移相合成器，其特征在于，所述的可调增益阵列的s个增益单元gm1、gm2、……、gms间对应晶体管Mb0、Mb3、Mb4、Mb7、Mb8、Mb9、Mb10、Mb11、Mb12、Mb13、Mb14的宽度呈2的倍数依次放大，同时保持沟道长度不变。
6.根据权利要求1所述的片上模拟多波束移相合成器，其特征在于，所述的树形合成网络包含m×n对差分输入(BP，BN)和n对差分输出(CP，CN)，其中，(BP11，BN11)、(BP21，BN21)、……、(BPm1，BNm1)通过差分共面波导传输线与(CP1，CN1)相连；(BP12，BN12)、(BP22，BN22)、……、(BPm2，BNm2)通过差分共面波导传输线与(CP2，CN2)相连；以此类推，(BP1n，BN1n)、(BP2n，BN2n)、……、(BPmn，BNmn)通过差分共面波导传输线与(CPn，CNn)相连；由于m取值为m＝2γ,γ＝0,1,2,...，树形合成网络基于二叉树的形式连接，二合一次数为γ；差分共面波导传输线的左右两侧通过通孔将各金属层连通，并连接芯片地。
7.根据权利要求1所述的片上模拟多波束移相合成器，其特征在于，所述的输出通道的电流合成器C包括N型金属氧化物半导体场效应晶体管Mc1、Mc2和变压器X3，射频输入端口为CP、CN，射频输出端口为OUTP、OUTN；晶体管Mc1的源极接CP，栅极接VG，漏极接变压器X3初级线圈的一端；晶体管Mc2的源极接CN，栅极接VG，漏极接变压器X3初级线圈的另一端；变压器初级线圈的中心抽头接芯片电源VDD，次级线圈两端分别接OUTP、OUTN。
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