《International Journal of Microwave and Wireless Technologies》：Generating $45^\circ$ phase-shifted W-Band signals for subharmonic IQ modulation
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随着移动通信演进及对更高速率的需求，前端硬件需要具备更大的绝对带宽。然而，工作频率升高会使单片微波集成电路（MMIC）逼近其最高振荡频率 fmax，导致信号生成效率下降。因此，采用本振（LO）频率为期望输出频率分数值的次谐波系统架构更具优势。次谐波因子会改变系
随着移动通信演进及对更高速率的需求，前端硬件需要具备更大的绝对带宽。然而，工作频率升高会使单片微波集成电路（MMIC）逼近其最高振荡频率 fmax，导致信号生成效率下降。因此，采用本振（LO）频率为期望输出频率分数值的次谐波系统架构更具优势。次谐波因子会改变系统级相位需求，其中同相/正交（IQ）调制器作为通信电路关键模块受此影响显著。研究人员针对次谐波因子为二的架构，提出并验证了W波段45°相移生成方法：利用集成朗格耦合器（Lange Coupler）产生正交信号，再通过叠加网络合成45°相移本振信号。在中心频率83.5 GHz下，相位误差±5°时相对带宽达51.5%，实现了目前报道频率最高的差分集成45°相移发生器；用作次谐波IQ混频器本振时，在140至190 GHz范围内可获得约30 dB镜像抑制比（IRR）。
研究背景与问题提出
面向下一代移动通信与6G场景，D波段（151.5至164 GHz）被广泛视为宽带通信的关键频段。随着工作频率向毫米波与太赫兹延伸，单片微波集成电路逐渐接近其最高振荡频率 fmax，本振信号直接生成效率显著降低。次谐波架构通过将本振频率降至目标射频频率的分数值来提升效率，但会改变IQ调制器的相位关系：传统基波IQ调制仅需90°正交本振，而次谐波因子为二时，所需本振相位差变为45°。现有通过延迟传输线产生45°相移的方案受频率依赖限制，带宽较窄；已报道集成化45°相移结构中心频率最高仅55.4 GHz，更高频方案多基于波导，难以MMIC集成。因此，如何在W波段内实现宽带、可集成、低相位误差的45°相移生成，是次谐波IQ调制走向D波段应用的核心瓶颈。
研究人员开展的工作与结论
研究人员提出一种基于信号叠加的45°相移生成新机制：利用朗格耦合器（Lange Coupler，一种可宽带产生正交输出的定向耦合器）先获得0°与90°信号，再将正弦与余弦分量叠加，依据三角函数恒等式 sin(x+π/4)=sin(x)cos(π/4)+cos(x)sin(π/4)，在理论上合成45°相移信号。为抑制叠加带来的幅度失衡并适配实际IQ调制需求，研究人员采用威尔金森功分器（Wilkinson Divider，一种等相分功率无源网络）进行信号分配，并在同相支路引入可调电阻 RL 补偿幅度。该结构在SiGe工艺下实现差分集成，中心频率83.5 GHz、相位误差±5°内相对带宽51.5%，为当前最高频的差分集成45°相移发生器；作为次谐波IQ混频本振时，在140至190 GHz范围镜像抑制比约30 dB，证明该方法对宽带D波段通信具备实用价值。
主要关键技术方法
研究采用三个关键技术环节：其一，基于Lange Coupler的宽带正交信号生成；其二，基于集总元件Wilkinson Divider的信号分配与参考路径构建；其三，叠加网络与可调电阻补偿机制，用于校正幅度失衡与负载非对称效应。理论层面建立含幅度失衡 AImb 与相位误差 φe,π/4、φe,π/2 的通用模型，并推导镜像抑制比（IRR）与误差参数的解析关系，以6.6°/dB作为相位—幅度误差等价设计准则。
研究结果
Theory（理论）
Generating a 45° phase shift（45°相移生成）：研究人员通过叠加正交分量推导45°信号表达式，指出理想情况下幅度放大√2倍；实际A≠B时，合成幅度 R=√(A2+B2)、相位 φ=arctan(B/A)，幅度失衡会直接偏离45°。
IQ modulator requirements（IQ调制器需求）：建立IRR与幅度失衡、90°相位误差的解析关系，给出恒定IRR等高线，证明零幅相误差时IRR最优，并提出相位误差与幅度失衡约6.6°每dB的近似比例，指导宽带设计容限。
System architecture（系统架构）
Lange Coupler（朗格耦合器）：仿真显示W波段内耦合臂幅度失衡<1 dB、相位误差<5°，端口匹配优于-10 dB；但后续叠加网络会造成非对称负载，需联合优化。
Superposing network（叠加网络）：采用Wilkinson Divider分配同相与正交信号，引入RL调节同相支路幅度；仿真表明RL=550 Ω时在80 GHz附近幅度失衡最小，50至85 GHz内失衡<1 dB，且对相位差影响可忽略，从而实现幅相均衡的45°输出。
讨论与结论翻译
讨论部分指出，传统不等分功分器虽可静态补偿叠加增益，但对工艺偏差敏感且不可调；研究人员采用可调电阻方案兼顾制造后与在线校准能力。实测与仿真一致表明：该45°发生器在W波段具备宽带、差分、可集成特性。结论为：研究人员成功在SiGe工艺中实现适用于次谐波IQ调制的W波段45°相移本振生成结构，以83.5 GHz为中心频点、±5°相位误差内获得51.5%相对带宽，并支撑140至190 GHz次谐波IQ混频约30 dB镜像抑制比，为D波段6G宽带通信提供了高频集成化本振解决方案。
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