| 成果名称: | 5G毫米波宽带高效率芯片及相控阵系统研究 |
| 完成单位: | 华南理工大学,广东工业大学,上海交通大学,香港中文大学（深圳）,电子科技大学,广州慧智微电子有限公司,惠州硕贝德无线科技股份有限公司 |
| 主要人员: | 薛泉,毛军发,车文荃,章国豪,要志宏,章秀银,廖绍伟,易翔,朱浩慎,杨琬琛,李园春,陈海东,李国强,冯文杰,张忠培 等52人 |
| 介绍: | （一）课题来源：广东省重点领域研发计划“新一代通信与网络”专项。 （二）研究背景：5G/B5G是世界强国角逐全球科技领导权的重要领域，其中5G毫米波相控阵及毫米波核心芯片是重要挑战。欧美等国投入巨资研发并形成技术优势，部分已实现商用部署。常规的5G毫米波相控阵系统存在系统功率效率低、灵敏度不足、应用扩展性差、系统校准困难且精度不高等问题，而核心芯片是解决上述问题的关键。本项目从相控阵系统架构、核心芯片及芯片天线一体化封装集成等技术进行创新，采用自主可控商用工艺研制高性能芯片、天线及一体化封装相控阵系统样机并完成实验室演示验证，为5G产业化提供原型样机及核心芯片技术。 （三）技术原理与创新性：(1) 首次提出“全功能”毫米波多通道收发机架构，单片集成频率源和在片自校准功能，具有低成本大规模可扩展的优势; (2) 创新核心芯片电路拓扑架构，提出融合集总与分布参数的集成电路设计方法，采用商用工艺研制的频率源、移相器等核心芯片性能优于国际同类设计；(3) 提出高效率宽角扫描毫米波相控阵天线技术，包括宽波束单元、阵列去耦、滤波技术及分布式天线等创新技术；（4）突破封装关键技术，实现芯片天线一体化封装前端相控阵系统。 （四）性能指标： 毫米波“全功能”4+1通道相控阵收发机芯片：采用65 nm CMOS工艺研制，支持5G n257和n258频段工作频段，集成4个毫米波收发通道、1个校准通道和低相噪锁相环频率源；单通道最大发射功率16dBm，接收噪声系数4.8dB。芯片内部集成SPI数字控制电路和校准电路，尺寸仅为4mm*5mm。该芯片结合III-V族（如GaN）毫米波前端应用，可进一步提高输出功率和降低噪声系数，提升通信距离。与高通（28nm CMOS）、LG （28nm CMOS）、IBM（0.13um SiGe）相控阵收发机芯片相比，该芯片集成度更高、带宽更大、发射功率更高、噪声系数更低。 宽带高效率毫米波宽扫描相控阵封装天线：采用HDI封装技术研制，可连续覆盖5G的 n257和n258工作频段，提出创新的宽波束单元及高隔离去耦技术，实现大于±55°的波束扫描能力和超过20dB的阵元隔离度。另外，集成的滤波功能实现超过20dB的带外干扰抑制。 （五）技术成熟度：经专业机构的评估论证，本课题目标成果已形成工程化样机，功能、性能指标已通过第三方测试，已通过生产验证，并经用户试用验证，综合分析，本成果的技术就绪度度为7级。本成果可应用于5G毫米波通信、高精度雷达定位、卫星互联网等领域。 （六）应用情况：本成果经国内知名小基站企业——京信通信公司在实际站点试用验证，结果表明样机运行情况良好，在覆盖区域内终端接入业务、业务功能均正常，可满足5G毫米波基站侧的应用。同时，基于本课题研发的毫米波核心芯片及相控阵天线技术，与华为海思、万嘉通、高盛达、曼克维、世炬等公司分别在5G毫米波通信、高精度雷达定位、卫星互联网等方向合作开展技术转化应用，部分样机已实现小批量生产，预期可以拉动产值超亿元。课题参与单位——广州慧智微电子有限公司将本课题研究的新技术引入到产品中，竞争力日益增强，于2023年完成IPO上市，交易金额超10亿元人民币。 （七）获奖情况：在集成电路顶级期刊会议（JSSC、ISSCC）和微波领域顶级期刊（TMTT、TAP）发表论文30余篇，连续三年获国际学术会议IWS最佳学生论文奖；获全国第八届互联网+大赛国赛金奖（企业赛道）； 2名课题成员获2022年IEEE Fellow称号，1名获海外优青称号，2名获广东省杰青称号；在本课题经费的资助下，项目负责人牵头编撰了《5G的世界》科普丛书和《中国芯》科技丛书，其中《5G的世界》获2020年度全国优秀科普作品奖。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2025-03-04 |
| 研究起止时间: | 2019-01-01至2022-12-31 |
| 所属行业: | 信息传输、软件和信息技术服务业 |
| 所属高新技术类别: | 电子信息 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2023-08-25 |
