浅析雷达技术新应用

挤，获取高精度和高分辨能力，许多雷达应用已转向20 GHz 以上频率。幸运的是，在毫米波频率上，拥有几个可用带宽为0.5 GHz、1 GHz，甚至4 GHz的指定频段。尽管通常毫米波频率的大气损耗更高，但是同低于6 GHz 以下的微波频率相比，其方向性更强。毫米波雷达将受益于噪声低、分辨率高（超宽带宽）和体积小等优势。

许多最新款汽车雷达利用可有效穿透不利自然条件（如光学传感器无法穿透的尘雾和雨水）的79GHz毫米波频段（见图2）。工作于该频段的雷达还能提高分辨率，获得更优的危险探测特性。毫米波雷达的优势也可转化为其他应用，包括无人机探测监视和医学监控。例如，采用调频连续波（FMCW）原理周界监视多通道雷达(MCRPS) 与扫描监视雷达系统(SSRS)，其工作频率94GHz，带宽1GHz，运行功率100mW，已经达到了15cm的距离分辨率，并可基于旋翼的类型对无人机进行分类。另外，工作于24GHz的雷达已经用于远程心率监测，可精确地辨别和表征心跳，其均方根误差低于7.17 ms。

军事应用上的一些优势（如探测距离更远、分辨率更高和基于FMCW的目标识别能力更强）可在科学、医学和安全等众多领域获得新的应用。由于对光环境、天气和杂波更低的敏感性，毫米波雷达也可获取优于可视频谱与红外照相的监视优势。例如，针对隐匿威胁探测开发的安全管理技术能够可靠地探测出100英尺处威胁。当前这一技术采用W波段(75~110GHz) ，并已开发出有效作用距离超过30ft的手持型设备。

4、雷达设计与制造

对于雷达技术中大多数最新进步与应用，虽然利用传统雷达技术也可以实现，但SWAP-C的优势和数字计算的进步在日益增长的雷达业界中得到了更快速地应用，而它们的能力与成本效益也已得到证实。研究人员正在研究一些新的制造工艺与半导体，以推动其进一步增长。

4.1 氮化镓（GaN）技术对雷达的影响

美国国防部许多最新合同与其他一些国家的军事开发活动都要求采用基于GaN的T/R模块来改进和升级其传统雷达。主要原因是AESA雷达T/R模块中的GaN 功率放大器(PA)功率密度、可靠性、频率效力与带宽上远超其他固态技术。它们与行波管放大器呈竞争态势，但是不存在相应的可靠性、体积与维护问题。与元素周期表内的第III至第V类半导体材料一样，如砷化镓（GaAs）和磷化铟(InP)一样，GaN半导体比硅和碳化硅(SiC)具有高的多的电子迁移率。

GaN还验证了极端的物理稳固性、辐射电阻、高压生存能力，以及非常高的热稳定性。因此，同其他固态技术相比，GaN功率电子器件在PA应用方面展现了惊人的功率密度和高功率附加效率。用于低噪声放大器(LNA)时，GaN也拥有与GaN PA相类似的稳固特性，所提供的灵敏接收机技术不易被干扰、破坏或受有限动态范围（源于低输入电压门限）的影响。

许多企业都在研究GaN技术在降低电信、卫星和其他功率器件SWAP-C方面的优势，其目标都是增加晶圆的尺寸和提升GaN 加工工艺。改善散热的方法也会带来更高的功率电平和体积更小、更具成本效率的器件。GaN正日益发展为一种主流技术，能够以更低成本实现带宽与性能更高的雷达与通信系统，并兴起一些新的雷达与无线电应用。

4.2 3D 打印雷达器件、模块化雷达设计与磁性材料增强

为了进一步降低雷达器件的SWAP-C，各大研究所、工业部门和美国国防部正在研究3D电子器件打印、模块化射频/微波器件设计技术和磁性材料增强应用方面的进展。体积更小、效率更高的柔性可扩展雷达器件，包括天线与射频/微波无源器件，将实现更先进的单兵携带、无人机载和商用雷达系统。这类技术可在一个低成本基片上打印天线、移相器、滤波器和传输线。雷声公司UMass-Lowell 研究所正在推进这一项目，其应用涉及塑料、3D打印导电油墨、频率选择表面和灵敏可调变容二极管（见图3）。

图3、3D打印天线阵列采用塑料基片和其他轻便、低温制造器件，可降低AESA雷达的成本与重量。

雷声公司也正在与美国陆军研究实验室合作，为陆军的下一代雷达（NGR）研究可扩展、机动、多模式雷达前端技术(SAMFET)项目。美国陆军计划为NGR选用开放式架构，以减少重复开发和升级，同时鼓励模块化器件研发、新型雷达设计与新式制造工艺。射频/微波与数字技术，如OpenVPX 与OpenRFM，也可提升高性能军用电子器件（严格依赖耦合的数字与射频/微波系统）的模块化设计与开发水平。

图4、DARPA启动新项目：磁性、小型、单片集成器件（M3IC），拟实现环形器和隔离器等磁性器件小型化，以及晶体管和电容器等微电子器件的集成，带来能力更强的电磁微系统，实现雷达与其他射