軍用雷達(dá)中微電子技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：針對(duì)軍用雷達(dá)中微電子技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，從超高速集成電路與單片微波集成電路兩個(gè)方面展開(kāi)討論，明確其技術(shù)應(yīng)用特征的基礎(chǔ)上，分析其應(yīng)用現(xiàn)狀與應(yīng)用價(jià)值。在細(xì)致分析軍用雷達(dá)中微電子技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)同時(shí)，為進(jìn)一步軍用雷達(dá)技術(shù)的研究奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：軍用雷達(dá)；微電子技術(shù)；集成電路

中圖分類(lèi)號(hào)：TN959 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）29-0333-02

微電子技術(shù)即為應(yīng)用電子元器件及電子設(shè)備微型化技術(shù)組合而成，其核心為集成電路技術(shù)，通過(guò)各類(lèi)分立器件組合而成，相互之間應(yīng)用導(dǎo)線進(jìn)行連接，構(gòu)成各類(lèi)電路。軍用微電子技術(shù)為現(xiàn)代軍用雷達(dá)與電子設(shè)備的關(guān)鍵性技術(shù)，也是高技術(shù)武器裝備創(chuàng)新與發(fā)展的重要基礎(chǔ)。隨著時(shí)代的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)水平的不斷創(chuàng)新，軍用雷達(dá)技術(shù)也在不斷予以變革。從晶體管時(shí)代逐漸向智能化、精細(xì)化角度發(fā)展，集成電路的應(yīng)用，微電子技術(shù)融入到軍用雷達(dá)監(jiān)測(cè)中，有助于提升軍用雷達(dá)監(jiān)測(cè)與管理的總體效果，對(duì)現(xiàn)代軍用武器設(shè)備的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展能夠產(chǎn)生重要影響。文章將結(jié)合軍用雷達(dá)應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探究微電子技術(shù)的應(yīng)用方式，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)調(diào)查研究活動(dòng)帶來(lái)一定借鑒價(jià)值。

1 超高速集成電路

1.1 超高速集成電路的特征分析

實(shí)際的戰(zhàn)爭(zhēng)過(guò)程中，電磁信號(hào)所處環(huán)境較大，具有密集性、復(fù)雜性的特點(diǎn)，雷達(dá)與電子戰(zhàn)況情況需要在復(fù)雜的環(huán)境下發(fā)送出去，面臨著100～200萬(wàn)脈沖/s的信號(hào)密度，對(duì)其信號(hào)處理能力提出了更高的要求。但是當(dāng)前常規(guī)的集成電路處理期間，信號(hào)處理的速度、處理的能力難以達(dá)到其實(shí)際要求。針對(duì)于這一問(wèn)題，則可以通過(guò)超高速集成電路應(yīng)用的方式予以解決。

相較于普通集成電路，超高速集成電路的優(yōu)勢(shì)突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①超高速集成電路的信息處理能力較快，能夠快速處理不同級(jí)別的信息。比如在研究一個(gè)機(jī)載電子系統(tǒng)期間，如果應(yīng)用普通的集成電路，那么便需要應(yīng)用7500塊電路，且能夠容納3.75×105個(gè)門(mén)電路，體積即為0.85m2，功率消耗量為5kW。在應(yīng)用超高速集成電路的情況下，則僅僅需要應(yīng)用25塊電路，能夠容納5.5×105個(gè)門(mén)電路，體積為0.006m2，功率消耗量為25W。根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比的結(jié)果能夠清晰觀察到兩者之間的差異，超高速集成電路能夠在保證其應(yīng)用效果，信息傳輸質(zhì)量的基礎(chǔ)上，減少電路應(yīng)用量，縮小功率消耗，且其體積較小，其應(yīng)用的便利條件比較突出。②超高速集成電路信號(hào)處理器的運(yùn)算速度較快，能夠在每秒達(dá)到數(shù)億次，相較于普通的集成電路，其信息處理能力高于10倍之上。③超高速集成電路能夠避免互聯(lián)原件之間的數(shù)量，芯片能夠在-55～125℃溫度范圍中工作，且每1000個(gè)芯片故障率不能高于0.006%。超高速集成電路具有自主檢查的功能，能夠有效提升軍用雷達(dá)與電子設(shè)備的穩(wěn)定性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)故障、及時(shí)予以處理，保證其整體工作及運(yùn)行的效果。④超高速集成電路還具有較強(qiáng)的抗輻射能力，在中子劑量照射的情況下，不會(huì)發(fā)生永久性失效的問(wèn)題，且有助于抗核輻射，其應(yīng)用可行性?xún)r(jià)值突出。⑤超高速集成電路的使用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，其實(shí)踐應(yīng)用的價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益能夠得到保證。

1.2 超高速集成電路的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

美國(guó)在1980年開(kāi)始以硅為主要材料展開(kāi)超高速集成電路的研究工作，在1985年開(kāi)始應(yīng)用硅與砷化鎵材料合并展開(kāi)超高速集成電路的研究活動(dòng)，對(duì)軍用電子系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，加速了其發(fā)展進(jìn)程。研究活動(dòng)的開(kāi)展，能夠有效解決各類(lèi)軍用信號(hào)處理的問(wèn)題，為軍用雷達(dá)提供一個(gè)良好的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。數(shù)據(jù)處理的速度將會(huì)顯著提升，其容錯(cuò)率提升，功耗減少，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)。投資金額較高，能夠?yàn)楝F(xiàn)代軍用技術(shù)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

超高速集成電路的設(shè)計(jì)，能夠?qū)楹鬄V高分辨率技術(shù)、自動(dòng)輔助技術(shù)的開(kāi)展等能夠產(chǎn)生重要影響，可以結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)情況展開(kāi)研究活動(dòng)。

1.3 超高速集成電路在雷達(dá)與軍用電子設(shè)備中的應(yīng)用

超高速集成電路在雷達(dá)與軍事電子裝備中的應(yīng)用，能夠顯著提升戰(zhàn)場(chǎng)信息獲取的能力，及時(shí)偵查出各類(lèi)信息，且實(shí)施快速處理，切實(shí)發(fā)揮雷達(dá)與電力設(shè)備應(yīng)用的價(jià)值，結(jié)合信息內(nèi)容及時(shí)調(diào)整戰(zhàn)斗計(jì)劃，使戰(zhàn)備狀態(tài)下反應(yīng)更加快速，應(yīng)變能力顯著提升。

當(dāng)前美國(guó)國(guó)防部對(duì)超高速集成電路在軍事武器系統(tǒng)中應(yīng)用的重視程度較高，將超高速集成電路與雷達(dá)、信號(hào)處理機(jī)等相互融合，保證信號(hào)處理的速度。結(jié)合軍用雷達(dá)的類(lèi)型，具體劃分為預(yù)警雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)等，需要結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行分析。同時(shí)，通過(guò)雷達(dá)警報(bào)接收裝置、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)以及紅外搜索追蹤系統(tǒng)等等，更好且更為全面的獲取各類(lèi)數(shù)據(jù)信息。

不同雷達(dá)的類(lèi)型，其性能也會(huì)具有差異性特點(diǎn)。具體內(nèi)容如表1所示。

機(jī)載雷達(dá)中因?yàn)閷?duì)雷達(dá)陣列控制器要求較高，故而美國(guó)將超高速集成電路實(shí)施進(jìn)一步的變成信號(hào)處理，使其信號(hào)處理的速度不斷加快。機(jī)載雷達(dá)處理過(guò)程中，需要注重技術(shù)的分析，將其設(shè)備體積不斷縮小，更好的執(zhí)行各類(lèi)工作，使信號(hào)處理的能力不斷提升。

在通信、指揮以及系統(tǒng)控制的過(guò)程中，可以采用超高速集成系統(tǒng)展開(kāi)數(shù)據(jù)的處理工作，且可以實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)的接收、信號(hào)的處理等，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)處理的效果，提升系統(tǒng)的綜合管理能力。數(shù)字化編程信號(hào)處理系統(tǒng)在航空信息獲取中的應(yīng)用，能夠改善雜波抑制的效果，預(yù)防抑制算法，提升目標(biāo)的鑒別能力。針對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)而言，能夠顯著減少外場(chǎng)維修、后勤處理以及使用時(shí)間等方面所需要應(yīng)用的成本。

正如紐約時(shí)報(bào)對(duì)超高速集成電路的評(píng)價(jià)所言，超高速集成電路研究的價(jià)值已然高于正在研制能夠穿過(guò)雷達(dá)網(wǎng)的隱身轟炸機(jī)及激光武器。超高速集成電路的研究，對(duì)現(xiàn)代航天事業(yè)、無(wú)線電事業(yè)以及雷達(dá)事業(yè)的發(fā)展均能夠產(chǎn)生重要影響。

2 單片微波集成電路

2.1 單片微波集成電路的特征分析

單片微波集成電路即為將超大規(guī)模的集成電路、超高速集成電路以及高性能集成電路等相互融合，構(gòu)成一個(gè)具有整體性功能的微波電路。單片微波集成電路技術(shù)能夠?qū)⒑芏嗑w管、電阻以及電感融入在一個(gè)芯片之上，制作成為一個(gè)或者多個(gè)功率的放大器、收發(fā)開(kāi)關(guān)等。其主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）能夠應(yīng)用半導(dǎo)體批量加工工藝的方式，大量制作單片微波集成電路。所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在通過(guò)驗(yàn)證之后，便能夠融入到大量生產(chǎn)活動(dòng)中。材料特征較好、工藝比較成熟的情況下，電的性能也能夠保持一致，且相較于其他電子系統(tǒng)來(lái)講，其穩(wěn)定性更加突出。

（2）單片微波集成電路通常不需要外接元件，能夠和外電路接口的接點(diǎn)或者是引線相互融合，進(jìn)而顯著減少了接插件，外界元器件等，其系統(tǒng)穩(wěn)定性?xún)r(jià)值較高。與其功能相似的混合集成電路相比較，單片微波集成電路的體積相對(duì)較小，重置能夠降低到1/100甚至更低，其寬帶能力與抗輻射作用效果也相對(duì)比較突出。

（3）應(yīng)用真實(shí)情景模擬的方式，能夠在計(jì)算機(jī)設(shè)備的輔助下展開(kāi)芯片的初步設(shè)計(jì)活動(dòng)。結(jié)合情境分析其使用功能、應(yīng)用效果以及可能會(huì)面臨的各類(lèi)問(wèn)題等，使技術(shù)的設(shè)計(jì)更加完善，保證其總體應(yīng)用效果。

2.2 單片微波集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀分析

微波集成電路的發(fā)展開(kāi)始于60年代中期，GaAs材料制造工藝不斷成熟，對(duì)微波集成電路的發(fā)展產(chǎn)生了較大影響。因?yàn)镚aAs材料的電子遷移率顯著高于Si，且能夠達(dá)到7倍之上，且半絕緣GaAs電阻率明顯上升，故而可以作為理想的微波傳輸介質(zhì)材料，可以將其融入到現(xiàn)代集成電路設(shè)計(jì)中。

美國(guó)在80年代初期便開(kāi)始研究微波單片集成電路，且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，單片微波集成電路發(fā)展速度相對(duì)較快，在多個(gè)行業(yè)中發(fā)揮著積極的影響作用。多功能的單片微波集成電路中包含混頻放大器、功率分配器組件以及低噪聲放大器等等，能夠在毫米波雷達(dá)工作頻段中推廣應(yīng)用。技術(shù)水平不斷提升的時(shí)代背景下，單片微波集成電路的生產(chǎn)成本不斷降低，從1987年每平方毫米芯片成本為20美元，逐漸降低到1993年每平方毫米芯片0.8美元。

2.3 單片微波集成電路的組件分析

單片微波集成電路主要是由半導(dǎo)體器件組合而成，電路形式具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：其一即為混合微波集成電路，其二即為微型混合集成電路，其三即為單片微波集成電路。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合雷達(dá)系統(tǒng)的類(lèi)型，比如地面大型雷達(dá)、航空輕型雷達(dá)等展開(kāi)針對(duì)性設(shè)計(jì)。

2.4 單片微波集成電路在軍用雷達(dá)中的應(yīng)用

相較于普通高功率管的陸基雷達(dá)，單片微波集成電路器件在同類(lèi)型雷達(dá)功率消耗量相同的情況下，其性能能夠高于10倍。相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)勢(shì)在于微波功率所產(chǎn)生的效率較高，信息傳播速度較快，發(fā)射機(jī)的功率在功率管應(yīng)用1/3的情況下，面接收機(jī)的敏感度上升2倍。且其數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性比較理想，在5%組件失效的情況下，雷達(dá)系統(tǒng)仍然能夠發(fā)揮較好的工作效果，其敏感度較高，工作性能較為理想，且功能相對(duì)較多。

以單片微波集成電路為基礎(chǔ)的有源相控陣系統(tǒng)功能，可以通過(guò)T/R組件完成，各個(gè)陣元均需要應(yīng)用一個(gè)組件，而單片微波集成電路的應(yīng)用，能夠保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，成本相對(duì)較低，可靠性?xún)r(jià)值突出。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，軍用雷達(dá)技術(shù)也需要不斷實(shí)施改革和創(chuàng)新。微電子技術(shù)在軍用雷達(dá)技術(shù)中的融合，能夠提升雷達(dá)的信息獲取能力、數(shù)據(jù)的處理能力，進(jìn)一步增強(qiáng)信號(hào)的接受、傳輸以及傳播質(zhì)量，打造一個(gè)完整性的微電子設(shè)備系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)代軍用技術(shù)水平的提升能夠產(chǎn)生重要影響。在未來(lái)的軍用技術(shù)研究過(guò)程中，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，將各類(lèi)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、理念等融入其中，不斷提升軍用雷達(dá)設(shè)備的穩(wěn)定性，發(fā)揮微電子技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-8-12