毫米波雷达前端芯片关键技术探讨

刘 兵 李旭光 傅海鹏 马凯学

(天津大学微电子学院 天津 300072)

1 引言

得益于可用频带宽、分辨率高、芯片尺寸小、较强的穿透性和环境适应性、可支持全天候工作等特性[1]，毫米波雷达已广泛应用于军事对抗/气象遥感、车载雷达、医疗/安检成像等各个领域。考虑到大气对电磁波的衰减作用，面向军事对抗/气象遥感的毫米波雷达通常工作在适合较远距离传输的大气窗口频段，例如Ka波段/W波段[2—4]。国际划分的标准车载雷达工作频率为24/77/79 GHz频段[5—8]，而医疗/安检成像需要较高的分辨率，通常采用更高的毫米波频段，例如94 GHz， 140 GHz，220 GHz等频段[9—16]。

根据雷达系统发射信号的种类不同，可将雷达分为脉冲雷达[9—11]、调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave， FMCW)雷达[5—8]、调相连续波(Phase Modulated Continuous Wave， PMCW)雷达[17—19]等不同类型。根据天线控制方式不同，又可将雷达分为机械扫描雷达、相控阵雷达[12]等。最近，文献[20]报道了一款60 GHz毫米波雷达发射机芯片，可支持脉冲、FMCW和PMCW 3种调制模式，在不同的应用场景配置不同的工作模式，可充分利用雷达在不同调制模式下的特性。可见，多功能性也是雷达系统芯片未来可能的发展趋势。

全集成毫米波雷达芯片的基本架构如图1所示，包括发射机、接收机、雷达信号源等射频毫米波组件，中频处理、A/D转换等基带处理模拟组件，微控制器、数字信号处理等数字组件。毫米波雷达芯片的设计难点主要集中在高功率宽带发射机、高灵敏度宽带接收机、宽带高精度雷达信号源等方面，因此，本文将针对毫米波雷达芯片中毫米波放大器的阻抗匹配和功率提高，以及相控阵等关键技术进行探讨和综述。……