引言

隨著雷達(dá)探測(cè)理論與技術(shù)的發(fā)展，超寬帶雷達(dá)生命探測(cè)儀已普遍應(yīng)用于災(zāi)害搜救、反恐治安、醫(yī)療監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景[1-3]。與一般的聲學(xué)、光學(xué)探測(cè)設(shè)備相比，此新型探測(cè)儀發(fā)射的電磁波可以穿透墻壁、廢墟等遮蔽物，對(duì)屏障后方的人體呼吸、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)和跟蹤。為了在復(fù)雜環(huán)境中提高雷達(dá)對(duì)生命體目標(biāo)的檢測(cè)能力和檢出率，當(dāng)前學(xué)界已在相關(guān)領(lǐng)域投入了大量研究。在文獻(xiàn)[4-5]的研究中，新型的發(fā)射信號(hào)設(shè)計(jì)提供了更高的信噪比；在文獻(xiàn)[6-7]的研究中，多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)使用真實(shí)孔徑和多個(gè)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(xiàn)[8-9]的研究中，組網(wǎng)式技術(shù)通過多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)探測(cè)，有效提升了系統(tǒng)信噪比。

可以看出，為了獲得更好的探測(cè)能力，學(xué)界對(duì)雷達(dá)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(dá)設(shè)備過于臃腫，往往整套系統(tǒng)重量達(dá)數(shù)十千克，需要多個(gè)協(xié)作單元完成探測(cè)。以災(zāi)后救援應(yīng)用為例，現(xiàn)場(chǎng)大型器械電磁干擾較強(qiáng)，廢墟殘?jiān)^多，大型雷達(dá)部署困難、機(jī)動(dòng)性較差，多部件單元導(dǎo)致可靠性下降。綜上，雷達(dá)小型化、高功率密度設(shè)計(jì)和復(fù)雜場(chǎng)景適應(yīng)性是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

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(jìn)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(jià)難以下降。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看，在后摩爾時(shí)代繼續(xù)追求集成電路特征尺寸微縮難以為繼[10]。對(duì)此，當(dāng)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(jìn)行了大量的研究。其中，以系統(tǒng)級(jí)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(jìn)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(jìn)行一體化集成，形成標(biāo)準(zhǔn)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(duì)此，本文將多芯粒異構(gòu)集成的微系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路引入超寬帶雷達(dá)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用SiP技術(shù)設(shè)計(jì)了一套小型化、高性能生命探測(cè)雷達(dá)硬件核心部件，提出了基于微系統(tǒng)技術(shù)的雷達(dá)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)，制作了一款新型小型化雷達(dá)樣機(jī)。通過相關(guān)測(cè)試發(fā)現(xiàn)此雷達(dá)樣機(jī)與傳統(tǒng)雷達(dá)相比，在探測(cè)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(cè)場(chǎng)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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