这篇文章名为《a transformer-based poly-phase network for ultra-broadband quadrature signal generation》，由Jong Seok Park和Hua Wang等人共同撰写，发表在2015年12月的《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》期刊中。本文提出了一种基于变压器的多相网络，用于生成超宽带的四相信号。该研究的主要目标是通过设计高耦合的变压器基础四相混频器，构建一个多级变压器多相网络，从而实现低损耗、紧凑尺寸和高精度幅度与相位平衡的四相信号生成，适用于超宽带通信和雷达系统等应用。
四相信号生成是射频（RF）、毫米波（MM-wave）和混合信号电路中至关重要的一部分，它在许多现代无线通信系统和雷达系统中扮演着关键角色。常见的应用包括相位旋转器、功率放大器、平衡放大器等系统的核心组件。无线通信和雷达系统的波束成形器（如Butler矩阵、相控阵收发机和极化天线）也依赖于四相信号生成。
然而，现有的四相信号生成方法面临着带宽有限和信号损耗较大的问题。传统的RC-CR多相滤波器由于其电阻元件的存在，导致信号损耗较大，并且带宽较窄。虽然级联多个RC-CR阶段可以扩展四相信号生成的带宽，但仍然无法解决信号损耗的问题，特别是在毫米波频段的应用中。此外，传输线耦合器虽然能够在射频和毫米波频段实现输入输出匹配，但通常需要占用较大的芯片面积，导致在集成电路中的应用受限。
为了克服这些问题，本文提出了一种基于高耦合变压器的四相混频器，并通过级联多个多相单元阶段，形成一个多级变压器多相网络。这种新型网络能够实现更宽的带宽、更低的损耗和更小的面积。本文的目的是开发和验证这种新型变压器多相网络的可行性和性能。
本研究的主要步骤包括以下几个部分：
本文首先设计了基于高耦合的变压器四相混频器。该设计通过磁耦合增强了差模操作，并且减少了对电感的需求，从而实现了尺寸的显著缩小。与传统的三分之一功率（3 dB）变压器混频器相比，该设计提供了更宽的带宽，且在射频频段的表现优于传统设计。
基于高耦合变压器四相混频器，本文设计了多相单元阶段。每个多相单元阶段包含四个单端的3 dB四相混频器，能够生成四个差分输出信号。通过合适的信号组合，能够消除幅度和相位的不匹配。每个单元阶段的设计能够有效抑制来自前一级的幅度和相位失配，从而进一步扩展四相信号生成的带宽。
接下来，研究者将多个多相单元阶段级联，形成一个多级变压器多相网络。该多级网络通过级联方式进一步压制信号的幅度和相位失配，并显著扩展四相信号生成的带宽。具体而言，第一级使用一个全差分的8端口折叠变压器混频器生成四相信号，而后续的多个多相单元阶段则进一步扩展带宽并抑制失配。
本文的验证通过在标准65纳米CMOS工艺中实现一个三阶段变压器多相网络来完成。三阶段网络的核心区域为772×925微米，所有阶段均通过高精度的三维电磁仿真（3D EM modeling）和实际测量结果进行了验证。实验结果表明，该设计在2.8 GHz到21.8 GHz的频率范围内，输出的四相信号幅度失配小于1 dB，相位失配小于10°。此外，图像抑制比（Image Rejection Ratio，IRR）在3.7 GHz到22.5 GHz的范围内超过30 dB。
本文的主要结果包括：
本文提出的基于变压器的多相网络在四相信号生成方面展现了出色的性能。与传统的RC-CR多相网络相比，该网络能够提供更宽的带宽、更低的信号损耗和更紧凑的芯片面积，特别适用于高频和超宽带应用，如毫米波通信、雷达系统和成像系统。通过这一研究，研究者不仅为四相信号生成提供了一种更高效的解决方案，还为超宽带和低损耗的射频电路设计提供了新的思路。
本文的研究亮点包括：
本文的研究不仅具有重要的学术价值，推动了变压器基础的四相信号生成技术的发展，也具有重要的应用前景。其设计方法可以广泛应用于现代通信、雷达和成像系统中，特别是在毫米波和超宽带应用中，提供了高效、低损耗的四相信号生成解决方案。