引言

隨著雷達探測理論與技術(shù)的發(fā)展，超寬帶雷達生命探測儀已普遍應(yīng)用于災(zāi)害搜救、反恐治安、醫(yī)療監(jiān)測等場景[1-3]。與一般的聲學(xué)、光學(xué)探測設(shè)備相比，此新型探測儀發(fā)射的電磁波可以穿透墻壁、廢墟等遮蔽物，對屏障后方的人體呼吸、運動目標進行實時探測和跟蹤。為了在復(fù)雜環(huán)境中提高雷達對生命體目標的檢測能力和檢出率，當前學(xué)界已在相關(guān)領(lǐng)域投入了大量研究。在文獻[4-5]的研究中，新型的發(fā)射信號設(shè)計提供了更高的信噪比；在文獻[6-7]的研究中，多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)使用真實孔徑和多個收發(fā)單元組合，提供了較高的分辨率、高雜波抑制能力和多維成像能力；在文獻[8-9]的研究中，組網(wǎng)式技術(shù)通過多個觀測點探測，有效提升了系統(tǒng)信噪比。

可以看出，為了獲得更好的探測能力，學(xué)界對雷達系統(tǒng)的性能需求越來越高，其硬件、軟件系統(tǒng)趨于復(fù)雜化，這導(dǎo)致雷達設(shè)備過于臃腫，往往整套系統(tǒng)重量達數(shù)十千克，需要多個協(xié)作單元完成探測。以災(zāi)后救援應(yīng)用為例，現(xiàn)場大型器械電磁干擾較強，廢墟殘垣較多，大型雷達部署困難、機動性較差，多部件單元導(dǎo)致可靠性下降。綜上，雷達小型化、高功率密度設(shè)計和復(fù)雜場景適應(yīng)性是當前相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。

在半導(dǎo)體特征尺寸走向28 nm以后，通用處理器性能提升持續(xù)減緩，半導(dǎo)體制程突破困難重重，且先進工藝缺陷較高，商業(yè)化產(chǎn)品良率偏低，導(dǎo)致晶體管單價難以下降。從經(jīng)濟學(xué)角度來看，在后摩爾時代繼續(xù)追求集成電路特征尺寸微縮難以為繼[10]。對此，當前學(xué)界在半導(dǎo)體技術(shù)的新器件、新工藝、新架構(gòu)及新方法上進行了大量的研究。其中，以系統(tǒng)級封裝（System in Package，SiP）工藝為代表的多芯粒集成微系統(tǒng)在傳統(tǒng)架構(gòu)層面深度挖掘，在芯片封裝層面進行了一系列創(chuàng)新，將電源、數(shù)字邏輯、通用處理、射頻、模擬等不同功能的有源無源器件進行一體化集成，形成標準的子系統(tǒng)，有效提升了半導(dǎo)體系統(tǒng)的功率密度及電子學(xué)器件集成度。

對此，本文將多芯粒異構(gòu)集成的微系統(tǒng)設(shè)計思路引入超寬帶雷達硬件系統(tǒng)設(shè)計中，使用SiP技術(shù)設(shè)計了一套小型化、高性能生命探測雷達硬件核心部件，提出了基于微系統(tǒng)技術(shù)的雷達硬件設(shè)計架構(gòu)，制作了一款新型小型化雷達樣機。通過相關(guān)測試發(fā)現(xiàn)此雷達樣機與傳統(tǒng)雷達相比，在探測性能優(yōu)異的前提下，電路核心部件面積縮減76.3%，重量縮減72.4%，可以廣泛應(yīng)用于復(fù)雜探測場景，滿足各種裝備的SWaP（Size，Weight and Power，大小、重量和功率）要求。

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作者信息：

顧林，陽琴，閻焜

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