雷達射頻集成電路的發展及應用

摘 要：本文概述了雷達射頻集成電路技術的特點，是一種以半導體和射頻電路技術為基礎，一種集信號放大、數據傳輸和轉化功能為一體的技術，并從其發展與演變切入進行研究，探討了目前常用的幾種雷達射頻集成電路的發展成果及其應用狀況。

關鍵詞：雷達射頻集成電路；發展；應用

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

現代的雷達系統越來越注重高精度的距離探測與跟蹤，還要求較強的抗干擾性、目標識別作用和氣象探測功能。由此，要求完整一套的現代雷達系統包含近萬個信號接收器和信號發射裝置，這也極大提高了系統的復雜性和設備的成本造價。雷達系統的現代化除保留上述基本功能，還應減少設備的造價，這推進了射頻集成電路在現代雷達領域的研發 [1]。由無線天線、電磁信號處理器、顯示屏幕、控制面板、信號的發射和接收器所組成的現代雷達系統。目前，射頻集成系統已經應用于信號的發射和接收器，下文從射頻集成電路在雷達系統的研發入手，通過深入研究，介紹雷達系統目前的幾種應用現狀。

1 雷達射頻集成電路的發展概述

隨射頻集成技術和信息化在雷達系統中的深入發展，射頻集成電路已經演變了好幾個架構形態[2]。以信號接收系統為例，在三十年內演化出三種不同的形態。在此過程，雷達系統的數字化不斷提高，實現某些頻段的完全數字化，使射頻集成電路向混合集成電路的方向不斷發展。

2 雷達系統射頻集成電路的發展及應用研究

2.1 射頻集成SOC

以單片作為射頻電路的集成基板，SiGe和CMOS作為集成射頻與數字化特點的技術平臺。技術的快速發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）研發的最新設備——X波段應用了上述技術 [3]，其在實際中具有高性能、減小雷達體積和節約造價的應用優勢。

2.2 射頻多通道集成電路

在一個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，應用系統的封裝工藝，以高度集成化的多通道芯片，實現射頻混合電路的性能優化和結構簡化。采用系統的封裝工藝將多個工藝不同芯片集合封裝于一個模塊，實現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絲演變到現在的芯片倒裝和疊裝方式。最近，美國的西屋公司應用系統級的封裝集成電路技術于F22戰機的雷達X波段，基于其實際應用中，具有兼容特性、體積小和優良的運行性能。

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工藝，雖然滿足功率較大的要求，但其半導體的材料加工難度大，增加其制作成本。由于近年CMOS技術的不斷革新，節約了射頻集成電路的造價，提高了GaAs的運行性能。

通過研究以前的CMOS技術存在小跨度、大噪及較差頻率特性等的不足，來優化集成電路的運行性能。基于系統接受的深入研究，減少無源元件的使用數量，研發高性能參數的無源元件，比如噪聲控制器。現在的雷達系統數字化就是應用CMOS技術有機聯合射頻集成電路和信息的數字化技術，這也是目前射頻集成電路不斷深入的未來應途徑。

2.4 3D射頻集成電路

射頻集成的電路設計越來越趨向小體積、大功能和低成本的特點，若應用以前的制造技術，則減小設計體積，將會提高生產制造成本。比如在傳統工藝中，要使65nm的尺寸縮減至30nm，將增加原來成本的3倍。將3D互連技術應用于射頻集成電路能，在維持原成本不變情況下，實現在較短距離上的元件疊裝。該技術能夠有效減小集成電路的規格，滿足客戶的帶寬要求，來優化穩定射頻集成電路，減小系統功耗，提供一個可靠的系統。傳感列陣就是根據3D射頻集成電路研制而成的一個綜合電路系統。射頻器件和CMOS的數字化元件實現相陣雷達控制系統的陣面處理過程。

2.5 基于超寬帶技術的射頻集成電路

超寬帶技術的射頻集成電路是目前一個新的發展熱點。它有穿透能力強、頻帶兼容性良好的優良性能，有效觀察到隱蔽起來的目標，能夠抵御較強的電磁干擾，具有準確識別目標的優勢，在社會上有實際應用的不錯前景。超寬帶雷達和射頻集合電路的聯合能夠有效滿足客戶的功能需要。易譜公司（美國）研發的低噪音放大器基于上述技術，將頻率寬帶放大至75GHz以上，更好的服務于雷達性能高的要求。

3 結束語

通過簡要概述雷達的射頻集成技術，尤其是在SoC、多通道、CMOS、3D和超寬帶射頻電路的發展與應用，為技術的進一步應用提供一個參考。隨著技術革新，希望能在此基礎推進雷達射頻集成電路技術的進一步發展。

參考文獻：

[1]金林，劉小飛，李斌，劉明罡，高暉.微波新技術在現代相控陣雷達中的應用與發展[J].微波學報，2013（Z1）：8-16.

[2]韋保林，韋雪明，徐衛林，段吉海.環境射頻能量收集技術的研究進展及應用[J].通信技術，2014（04）：359-364.

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

作者簡介：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。