近日，電子科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院無(wú)線技術(shù)與集成系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)，在集成電路領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《IEEE Journal of Solid-State Circuits》發(fā)表重要研究成果。該團(tuán)隊(duì)提出的新型多頻激勵(lì)MIMO雷達(dá)陣列架構(gòu)，無(wú)需增加收發(fā)通道數(shù)量，就能大幅提升毫米波雷達(dá)角分辨率，為高精度探測(cè)儀器及雷達(dá)傳感設(shè)備的發(fā)展，開(kāi)辟了全新技術(shù)路徑。

毫米波雷達(dá)是自動(dòng)駕駛、工業(yè)檢測(cè)、安防監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的核心探測(cè)儀器，憑借全天候工作、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、成本可控等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。但受陣列口徑限制，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的角分辨率普遍在1°至10°之間，遠(yuǎn)不及光學(xué)傳感設(shè)備。若單純通過(guò)增加收發(fā)通道來(lái)擴(kuò)大陣列口徑，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度、功耗同步攀升，成本居高不下，難以滿足高端成像、精密探測(cè)等場(chǎng)景的實(shí)際需求。如何在有限硬件條件下實(shí)現(xiàn)高角分辨率，成為當(dāng)前雷達(dá)儀器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主要瓶頸。

針對(duì)這一行業(yè)痛點(diǎn)，該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出多頻激勵(lì)MIMO雷達(dá)陣列架構(gòu)，將頻率作為新的設(shè)計(jì)自由度。在不增加物理收發(fā)通道的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變雷達(dá)工作頻率，使天線單元間的電間距隨波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化，等效生成多組具備不同探測(cè)特性的子陣列。將這些子陣列的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，可構(gòu)建出等效陣元數(shù)量遠(yuǎn)多于物理陣元的虛擬陣列，從理論上實(shí)現(xiàn)角分辨率的指數(shù)級(jí)提升，打破了傳統(tǒng)方案依賴通道數(shù)量線性增長(zhǎng)的性能局限。

為驗(yàn)證該架構(gòu)的可行性，團(tuán)隊(duì)基于65nm CMOS工藝，成功研制出單通道發(fā)射芯片與雙通道接收芯片，可支持15GHz、30GHz、60GHz三個(gè)頻段協(xié)同工作。在搭建的雷達(dá)系統(tǒng)樣機(jī)中，僅采用1發(fā)4收的極簡(jiǎn)陣列配置，就實(shí)現(xiàn)了6°的角分辨率，較傳統(tǒng)單頻激勵(lì)方案提升4倍，充分證明了該架構(gòu)在工程應(yīng)用中的可行性與優(yōu)越性。

該成果通過(guò)頻率維度擴(kuò)展陣列等效孔徑，有效提升了物理陣元的利用效率，在降低系統(tǒng)復(fù)雜度和硬件成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)探測(cè)性能的跨越式提升。與傳統(tǒng)MIMO雷達(dá)技術(shù)相比，這一新型架構(gòu)在輕量化、集成化、高精度探測(cè)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，未來(lái)可廣泛應(yīng)用于車載雷達(dá)、工業(yè)精密測(cè)量、近距目標(biāo)成像等高端儀器設(shè)備，為國(guó)產(chǎn)毫米波雷達(dá)技術(shù)突破及產(chǎn)業(yè)化落地提供有力支撐。