雷達(dá)射頻集成電路的發(fā)展及應(yīng)用

摘 要：本文概述了雷達(dá)射頻集成電路技術(shù)的特點(diǎn)，是一種以半導(dǎo)體和射頻電路技術(shù)為基礎(chǔ)，一種集信號(hào)放大、數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)化功能為一體的技術(shù)，并從其發(fā)展與演變切入進(jìn)行研究，探討了目前常用的幾種雷達(dá)射頻集成電路的發(fā)展成果及其應(yīng)用狀況。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)射頻集成電路；發(fā)展；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.099

現(xiàn)代的雷達(dá)系統(tǒng)越來越注重高精度的距離探測(cè)與跟蹤，還要求較強(qiáng)的抗干擾性、目標(biāo)識(shí)別作用和氣象探測(cè)功能。由此，要求完整一套的現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)包含近萬個(gè)信號(hào)接收器和信號(hào)發(fā)射裝置，這也極大提高了系統(tǒng)的復(fù)雜性和設(shè)備的成本造價(jià)。雷達(dá)系統(tǒng)的現(xiàn)代化除保留上述基本功能，還應(yīng)減少設(shè)備的造價(jià)，這推進(jìn)了射頻集成電路在現(xiàn)代雷達(dá)領(lǐng)域的研發(fā) [1]。由無線天線、電磁信號(hào)處理器、顯示屏幕、控制面板、信號(hào)的發(fā)射和接收器所組成的現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)。目前，射頻集成系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于信號(hào)的發(fā)射和接收器，下文從射頻集成電路在雷達(dá)系統(tǒng)的研發(fā)入手，通過深入研究，介紹雷達(dá)系統(tǒng)目前的幾種應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 雷達(dá)射頻集成電路的發(fā)展概述

隨射頻集成技術(shù)和信息化在雷達(dá)系統(tǒng)中的深入發(fā)展，射頻集成電路已經(jīng)演變了好幾個(gè)架構(gòu)形態(tài)[2]。以信號(hào)接收系統(tǒng)為例，在三十年內(nèi)演化出三種不同的形態(tài)。在此過程，雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)字化不斷提高，實(shí)現(xiàn)某些頻段的完全數(shù)字化，使射頻集成電路向混合集成電路的方向不斷發(fā)展。

2 雷達(dá)系統(tǒng)射頻集成電路的發(fā)展及應(yīng)用研究

2.1 射頻集成SOC

以單片作為射頻電路的集成基板，SiGe和CMOS作為集成射頻與數(shù)字化特點(diǎn)的技術(shù)平臺(tái)。技術(shù)的快速發(fā)展極大提高了射頻電路的集成化程度，上部集混合頻率、放大頻率和合成信號(hào)功能為一體，下部集增頻、分貝放大功能的器件。雷聲公司（美國(guó)）研發(fā)的最新設(shè)備——X波段應(yīng)用了上述技術(shù) [3]，其在實(shí)際中具有高性能、減小雷達(dá)體積和節(jié)約造價(jià)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.2 射頻多通道集成電路

在一個(gè)集成芯片上集多通道于一體，這種集成電路沒有射頻集成電路那么多的器件，應(yīng)用系統(tǒng)的封裝工藝，以高度集成化的多通道芯片，實(shí)現(xiàn)射頻混合電路的性能優(yōu)化和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。采用系統(tǒng)的封裝工藝將多個(gè)工藝不同芯片集合封裝于一個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)不同芯片之間的互相融合，分別包含Si、射頻和IC集成芯片和各種電阻元件。以硅、液晶和FR4等為材料的基板，其芯片之間的相互連接由金屬細(xì)絲演變到現(xiàn)在的芯片倒裝和疊裝方式。最近，美國(guó)的西屋公司應(yīng)用系統(tǒng)級(jí)的封裝集成電路技術(shù)于F22戰(zhàn)機(jī)的雷達(dá)X波段，基于其實(shí)際應(yīng)用中，具有兼容特性、體積小和優(yōu)良的運(yùn)行性能。

2.3 基于CMOS工藝的射頻集成電路

在射頻集成的電路前端的傳統(tǒng)工藝，雖然滿足功率較大的要求，但其半導(dǎo)體的材料加工難度大，增加其制作成本。由于近年CMOS技術(shù)的不斷革新，節(jié)約了射頻集成電路的造價(jià)，提高了GaAs的運(yùn)行性能。

通過研究以前的CMOS技術(shù)存在小跨度、大噪及較差頻率特性等的不足，來優(yōu)化集成電路的運(yùn)行性能?；谙到y(tǒng)接受的深入研究，減少無源元件的使用數(shù)量，研發(fā)高性能參數(shù)的無源元件，比如噪聲控制器?，F(xiàn)在的雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字化就是應(yīng)用CMOS技術(shù)有機(jī)聯(lián)合射頻集成電路和信息的數(shù)字化技術(shù)，這也是目前射頻集成電路不斷深入的未來應(yīng)途徑。

2.4 3D射頻集成電路

射頻集成的電路設(shè)計(jì)越來越趨向小體積、大功能和低成本的特點(diǎn)，若應(yīng)用以前的制造技術(shù)，則減小設(shè)計(jì)體積，將會(huì)提高生產(chǎn)制造成本。比如在傳統(tǒng)工藝中，要使65nm的尺寸縮減至30nm，將增加原來成本的3倍。將3D互連技術(shù)應(yīng)用于射頻集成電路能，在維持原成本不變情況下，實(shí)現(xiàn)在較短距離上的元件疊裝。該技術(shù)能夠有效減小集成電路的規(guī)格，滿足客戶的帶寬要求，來優(yōu)化穩(wěn)定射頻集成電路，減小系統(tǒng)功耗，提供一個(gè)可靠的系統(tǒng)。傳感列陣就是根據(jù)3D射頻集成電路研制而成的一個(gè)綜合電路系統(tǒng)。射頻器件和CMOS的數(shù)字化元件實(shí)現(xiàn)相陣?yán)走_(dá)控制系統(tǒng)的陣面處理過程。

2.5 基于超寬帶技術(shù)的射頻集成電路

超寬帶技術(shù)的射頻集成電路是目前一個(gè)新的發(fā)展熱點(diǎn)。它有穿透能力強(qiáng)、頻帶兼容性良好的優(yōu)良性能，有效觀察到隱蔽起來的目標(biāo)，能夠抵御較強(qiáng)的電磁干擾，具有準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)的優(yōu)勢(shì)，在社會(huì)上有實(shí)際應(yīng)用的不錯(cuò)前景。超寬帶雷達(dá)和射頻集合電路的聯(lián)合能夠有效滿足客戶的功能需要。易譜公司（美國(guó)）研發(fā)的低噪音放大器基于上述技術(shù)，將頻率寬帶放大至75GHz以上，更好的服務(wù)于雷達(dá)性能高的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過簡(jiǎn)要概述雷達(dá)的射頻集成技術(shù)，尤其是在SoC、多通道、CMOS、3D和超寬帶射頻電路的發(fā)展與應(yīng)用，為技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用提供一個(gè)參考。隨著技術(shù)革新，希望能在此基礎(chǔ)推進(jìn)雷達(dá)射頻集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]金林，劉小飛，李斌，劉明罡，高暉.微波新技術(shù)在現(xiàn)代相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].微波學(xué)報(bào)，2013（Z1）：8-16.

[2]韋保林，韋雪明，徐衛(wèi)林，段吉海.環(huán)境射頻能量收集技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2014（04）：359-364.

[3]李志遠(yuǎn)，李青坤，溫殿忠“射頻集成電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的新思路[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2014（06）：23-24.

作者簡(jiǎn)介：黃林鋒（1977-），男，江蘇南通人，大專，助理工程師，從事微波射頻電路方面的研究。