129–145 GHz 低噪声放大器波导模块，适用于 CMOS 技术，具备低损耗的芯片到波导的过渡结构

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：129–145-GHz Low-Noise Amplifier Waveguide Module With Low-Loss Chip-to-Waveguide Transition for CMOS Technologies

CMOS低噪声放大器（LNA）在D波段（129.3-145.4 GHz）实现了高效波导模块封装，通过37μm背grind工艺降低硅基板损耗，集成芯片波导过渡器插入损耗仅2.0±0.6 dB，峰值增益13.1 dB，噪声系数9.3-10.9 dB，输入1dB压缩点-12.3至-14.7 dBm，提供低成本亚THz芯片封装方案。

　　

摘要：

本文介绍了一种用于D波段频率工作的CMOS低噪声放大器（LNA）芯片的波导模块。提出了一种宽带、低损耗的芯片到波导的转换方案，用于将体硅CMOS芯片封装到波导模块中。为了降低与硅基板相关的高损耗，采用一种市售的低成本工艺将基板磨薄至37微米（μm）的厚度。经过磨薄的芯片集成了用于转换的片上偶极子天线，并安装到标准的WR-6.5波导中。测量结果显示，该转换方案的插入损耗在110至170 GHz范围内为2.0±0.6 dB，覆盖了整个D波段频率。所提出的芯片到波导的转换方案应用于采用28纳米（28-nm）CMOS工艺制造的D波段LNA芯片。该LNA波导模块在138.5 GHz时实现了13.1 dB的峰值增益，3 dB的带宽为16.1 GHz（从129.3 GHz到145.4 GHz）。在129–135 GHz频率范围内，噪声系数（NF）的测量值介于9.3至10.9 dB之间。输入1 dB压缩点（IP1dB）在130–144 GHz范围内的变化范围为-14.7至-12.3 dBm。这项工作展示了一种有前景的、低成本的波导封装解决方案，适用于亚太赫兹（sub-THz）CMOS芯片。

引言

亚太赫兹（sub-THz）技术的重要性持续增长，因为它在通信、成像和传感等多个领域得到了应用[1]、[2]、[3]。亚太赫兹波在电磁频谱中占据独特的位置，具有宽带宽、高分辨率和非破坏性传感等优点。因此，对于有效的芯片封装解决方案的需求日益增加，以便实现这些领域的亚太赫兹系统。