毫米波雷达 地面通信或地面中继通信。利用毫米波天线的窄波毫米波雷达
在毫米波波段可提供兆瓦级的峰值功率。在低噪声混频器方面，肖特基二极管（见晶体二极管、肖特基结）混频器在毫米波段已得到应用，在100吉赫范围，低噪声混频器噪声温度可低至500K(未致冷)或100K（致冷）。此外，在高增益天线、集成电路和鳍线波导等方面的技术也有所发展。70年代后期以来，毫米波雷达已经应用于许多重要的民用和军用系统中，如近程高分辨力防空系统、导弹制导系统、目标测量系统等。 4应用 ①导弹制导：毫米波雷达的主要用途之一是战术导弹的末段制导。毫米波导引头具有体积小、电压低和全固态等特点，能满足弹载环境要求。当工作频率选在35吉赫或94吉赫时，天线口径一般为10～20厘米。此外，毫米波雷达还用于波束制导系统，作为对近程导弹的控制。②目标监视和截获：毫米波雷达适用于近程、高分辨力的目标监视和目标截获，用于对低空飞行目标、地面目标和外空目标进行监测。③炮火控制和跟踪：毫米波雷达可用于对低空目标的炮火控制和跟踪，已研制成94吉赫的单脉冲跟踪雷达。④雷达测量：高分辨力和高精度的毫米波雷达可用于测量目标与杂波特性。这种雷达一般有多个工作频率、多种接收和发射极化形式和可变的信号波形。目标的雷达截面积测量采用频率比例的方法。利用毫米波雷达，对于按比例缩小了的目标模型进行测量，可得到在较低频率上的雷达目标截面积。此外，毫米波雷达在地形跟踪、导弹引信、船用导航等方面也有应用。 5特点 与微波雷达相比，毫米波雷达的特点是： ①在天线口径相同的情况下，毫米波雷达有更窄的波束（一般为毫弧度量级），可提高雷达的角分辨能力和测角精度，并且有利于抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰等。 ②由于工作频率高，可能得到大的信号带宽（如吉赫量级）和多普勒频移，有利于提高距离和速度的测量精度和分辨能力并能分析目标特征。 ③天线口径和元件、器件体积小，宜于飞机、卫星或导弹载用。 6传播特性 毫米波在大气中的传播损失主要来自水蒸汽和氧分子对电磁能量的谐振吸收。传播损失与工作频率有一定的关系（见图）。在各谐振点之间存在着损失较小的以35吉赫、94吉赫、140吉赫、220吉赫等频率为中心的窗口。各窗口宽度不等，约为几十吉赫。毫米波雷达的工作频率选在这些窗口之内。图中还表示出在有雨、有雾等条件下，传播损失与工作频率的关系。在毫米波波段，这种损失主要来源于雨和雾对电磁能量的吸收。在有雨、有雾等条件下，毫米波的传播损失比微波严重得多，而且频率“窗口”不复存在。与光波（红外、可见光、紫外光）相比，毫米波在云雾、烟、尘中传播的损失要小得多。以传播损失来说，毫米波雷达比激光雷达优越。
24G毫米波雷达在机车测距及避撞应用的探索 最近接到一个项目，需要在机车上设计一款雷达产品，主要用于轨道交通 方面的机车测距和避撞。在网上搜寻了一段时间，可以选择的有激光雷达、超 声波雷达、红外雷达和毫米波雷达。对比了各个雷达的特点，激光雷达具有探 测距离远，探测精确的特点，但是容易受到雨雾，特别是下雪和粉尘的干扰， 这个在轨道交通行业中适应性不是很好。超声和红外雷达，具有价格低，设计 简单的优点，但是同样容易受到温度变化的影响，在南方和北方会有很大的差别，另外探测的距离也有限。毫米波雷达探测的介质是电磁波，具有探测距离远、穿透能力强、环境适应性强以及实时性好等优点，尤其是波长较短者。 俗话说万事开头难！在搜寻了各大厂商的方案之后，最终选择了UMS 的 24G 雷达方案，选择这个方案有几点好处： 1）方案比较灵活，可以选择集成度高、设计相对简单的单发双收的雷达芯片。也可利用分立器件自由组合出多个收发结合的方案，这样可以探测更加精 准和扩展更广阔的探测范围。 2）拥有业界唯一的GaAs 工艺，工作温度范围为-40 度125 度，适用于机车工作环境。 3）开发工具和参考资料比较齐全。 在笔者的项目中，选择的是集成度较高的单芯片方案CHC2442-QPG。从图1 CHC2442-QPG 的内部架构，可以看出其内部集成了低噪声的VCO、Tx PA、混频器、接收LNA 和中频放大器等核心功能。只需加上DSP 处理单元就可以 完成雷达的功能设计。如图2 UMS 机车24G 雷达模块原理框图所示，雷达模块支持单发双收和一路视频，与车载控制单元之间通过CAN 总线以及以太网 进行通讯。
毫米波雷达在安防上的应用 一、安防系统划分 安防系统按照其作用范围划分可以分为周界安防和区域安防。周界安防主要作用于围界，为‘线’式安防。而区域安防主要作用于一个平面，为‘面’式安防。随着社会的发展，人们对安全防护的等级的要求也越来越高。迫切希望通过一种技术实现围界安防和区域安防，做到前期能提前预警，后期又能形成持续有效的追踪。这时毫米波雷达安防技术手段完美解决了上述问题。 目前，国内外应用较多的周界安防系统可以分为以下几种类型：视频监控；红外对射、激光对射；振动电缆、振动光纤、泄漏电缆；毫米波雷达。 视频监控系统是一种重要的安全防范系统，主要由摄像机、监视器、控制平台、录像/回放设备等组成。视频监控系统通常不是作为实时监控手段，而是事后调取录像，追查线索时使用。不能及时有效的处理警报。并且受天气（雨、雪、雾）、光线（夜间）影响较大。监控的范围会大大降低，并且很容易产生漏警。造成严重的安防防护隐患。 红外对射的工作原理是：利用红外发光二极管发射的红外射线，再经过光学透镜做聚焦 处理，使光线传至很远距离，最后光线由接收端的光敏晶体管接收。当有物体挡住发射端发射的红外射线时，由于接收端无法接收到红外线，所以会发出警报。红外对射安防系统缺陷较大，飞鸟、动物、温度、光线、空气流动、雾气、雨雪等等环境因素以及安装方式、角度、位置等因素都很容易引发误报。
线缆型防护系统主要有震动电缆、泄漏电缆、振动光缆。震动电缆和振动光缆都安装在金属护栏上。而泄漏电缆通常需要埋入地下1米。 震动电缆主要缺点是在大风天气条件时，无法正常工作，会产生非常多的误警。 振动电缆对振动敏感，并随温度变化而变化，因此误报率高，维护成本高。 泄漏电缆则存在施工复杂，地面受潮积水后影响系统工作的问题。 二、毫米波雷达原理 毫米波雷达作用于安防是最近新兴的技术，原理是电磁波由发射机通过雷达天线发射，遇到障碍物反射，再由接收机接收。根据收发之间的时间差测得目标的位置数据。 在特大暴雨时，雷达性能会降低，减少其监测范围。 总而言之，上述防护系统各有优缺点，没有哪一套系统能够独立解决全部问题。三、毫米波雷达优势 市场需求能够促进技术发展。为了弥补上述系统的不足，毫米波雷达逐渐走进安防领域。随着技术的进步，器件成本的下降，原本用于军事领域的毫米波雷达用于安防已不是问题。 新型毫米波安防雷达采FMCW技术，实现了对监测区内空间无任何间断全程覆盖，具有体积小、重量轻、可靠性高以及距离盲区小、无速度盲点、高距离分辨力、良好的抗干扰性能等优点。与红外对射系统相比，安防雷达提供的是一个具有一定高度和厚度的连续的毫米波雷达墙，没有钻越和跳越的可能。与线缆型系统相比，安防雷达不仅能对侵入目标进行定位，而且可以获取监控场景内移动物体的速度、方向、距离、角度信息，24小时无间隙监控。与具有同步变焦激光补光灯的高速球型摄像机配合，可以实现目标跟踪，不仅可以立即定位入侵点位，而且能够获得很好的图像信息，便于安保人员做出快速响应，从而避免事故发生。 毫米波雷达的优势在于，单台雷达可以实现360°区域覆盖，任何具有一定表面积的
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910281349.X (22)申请日 2019.04.09 (71)申请人 深圳大学 地址 518060 广东省深圳市南山区南海大 道3688号 (72)发明人 伍楷舜 龙金凤 王璐 华慧丰 (74)专利代理机构 北京市诚辉律师事务所 11430 代理人 耿慧敏 (51)Int.Cl. H04B 7/06(2006.01) H04B 7/08(2006.01) H04W 52/24(2009.01) H04W 52/34(2009.01) H04W 72/04(2009.01) H04W 72/08(2009.01)H04W 4/35(2018.01) (54)发明名称 一种毫米波通信方法和通信系统 (57)摘要 本发明提供一种毫米波通信方法和通信系 统。该方法包括：对于毫米波传输，以吞吐量为优 化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束 宽度对应的用户；对于所述优化的波束宽度对应 的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进 行并发传输。本发明提供的毫米波通信方法和通 信系统通过对波束宽度进行自适应调节和改进 多址接入技术能够提高网络性能，改善用户体 验。权利要求书1页 说明书8页 附图3页CN 110048755 A 2019.07.23 C N 110048755 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110048755 A 1.一种毫米波通信方法，包括以下步骤： 步骤S1：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户； 步骤S2：对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。 2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S1包括以下子步骤： 设置最小波束宽度、最大波束宽度以及波束宽度变化量； 以所述波束宽度变化量为步长，在所述最小波束宽度和所述最大波束宽度之间进行扫描，找出系统最大吞吐量时对应的波束宽度，作为所述优化的波束宽度。 3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S2包括以下子步骤： 基于哈希运算在消息比特和编码比特之间产生随机、非线性的映射； 将码比特映射到星座符号集以获得正交的编码。 4.根据权利要求3所述的方法，其中，对于一个用户，所述哈希运算包括： 将该用户消息分成多个数据块，对每个数据块分别执行哈希运算，并且以前一个数据块执行哈希运算生成的结果作为后一个数据块执行哈希运算的输入。 5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S2中，对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，基于拍卖理论进行载波分配。 6.根据权利要求5所述的方法，步骤S2包括以下子步骤： 用户接收可分配载波并根据竞拍的历史观察值对所述可分配载波进行价格预测，获得可分配载波的预测价格； 用户根据所述可分配载波的预测价格和信道质量为所述可分配载波分配功率； 用户确定将进行竞拍的载波和投标价格； 用户接收竞标结果，其中，所述竞拍结果包括赢家价格。 7.根据权利要求6所述的方法，其中，对可分配载波进行价格预测包括： 每个用户记录下每个载波的拍卖历史最高价作为观察值，并根据观察值对下一时隙的子载波价格进行预测，决定投标价格。 8.一种毫米波通信系统，包括： 接入设备：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户； 用户终端：对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。 9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述接入设备用于执行以下过程： 设置最小波束宽度、最大波束宽度以及波束宽度变化量； 以所述波束宽度变化量为步长，在所述最小波束宽度和所述最大波束宽度之间进行扫描，找出系统最大吞吐量时对应的波束宽度，作为所述优化的波束宽度。 10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现根据权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。 2
毫米波通信技术的研究现状和进展 李艳莉 (电子科技大学成都学院电子信息工程系，成都611731) 摘要：简单介绍了毫米波的基本概念及相关背景, 分析了毫米波的传播特性和优点,阐述了毫米波地面通信、毫米波卫星通信的研究现状, 以毫米波通信技术在电子对抗中的军事应用为例进行论述, 最后展望毫米波通信技术将会开创未来新型应用领域并拥有广阔的发展前景。 关键词毫米波; 毫米波传播; 毫米波通信; 电子对抗 0 引言 随着移动通信、卫星通信以及星载电子等方面的迅猛发展，对系统的容量要求越来越高。由于在高频微波频段有着极为丰富的频谱资源，现代通信系统正在向高频微波特别是毫米波频段发展。毫米波通信与传统的无线电短波、超短波和微波通信相比，具有不少独特之处。由于毫米波是以微波和光波作左右邻(它的波长介于微波和光波之间)，因此兼有微波和光波的某些优长。通信设备的体积很小，可利用小巧尺寸的天线获得很高的方向性，便于通信的隐蔽和保密。毫米波在传播过程中受杂波影响小，对尘埃等微粒穿透能力强，通信比较稳定[1]。 早在20世纪40年代，科学家们就开始对毫米波通信进行过研究，但由于种种原因毫米波通信并未得到实际应用。直至20世纪70年代，由于毫米波集成电路和毫米波固体器件的研制成功并获得批量生产，使生产成本日趋下降，毫米波通信才犹如枯木逢春，蓬勃发展开来。可以预计，随着科技的进步，毫米波通信必将呈现出广阔的应用前景。 1 毫米波的传播特性 通常毫米波频段是指30GHz～300GHz, 相应波长为1mm～10mm。毫米波通信就是指以毫米波作为传输信息的载体而进行的通信。目前绝大多数的应用研究集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上[2][3]。 1)是一种典型的视距传输方式 毫米波属于甚高频段, 它以直射波的方式在空间进行传播，波束很窄，具有良好的方向性。一方面，由于毫米波受大气吸收和降雨衰落影响严重,所以单跳通信距离较短; 另一方面，由于频段高，干扰源很少，所以传播稳定可靠。因此，毫米波通信是一种典型的具有高质量、恒定参数的无线传输信道的通信技术。 2)具有“大气窗口”和“衰减峰” “大气窗口”是指35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz 频段, 在这些特殊频段附近, 毫米波传播受到的衰减较小。一般说来，“大气窗口”频段比较适用于点对点通信，已经被低空空地导弹和地基雷达所采用。而在60GHz、120GHz、180GHz 频段附近的衰减出现极大值, 约高达15dB / km 以上, 被称作“衰减峰”。通常这些“衰减峰”频段被多路分集的隐蔽网络和系统优先选用，用以满足网络安全系数的要求。 3)降雨时衰减严重 与微波相比, 毫米波信号在恶劣的气候条件下，尤其是降雨时的衰减要大许
第19卷第4期2004年8月 光电技术应用 ELECTRO-OPTIC TECH NOLOGY APPLICATION Vol.19,No.4 Aug.2004毫米波雷达的应用及发展 同武勤,凌永顺,蒋金水,张鑫 (合肥电子工程学院,安徽合肥230037) 摘要:随着毫米波技术的应用,毫米波频率的雷达也得到了更深的研究和发展.毫米波雷达具有导引精度高、抗干扰能力强、多普勒分辨率高、等离子体穿透能力强等特点;因此其广泛的用于末制导、引信、工业、医疗等方面.评述了毫米波雷达的优缺点,以及它的应用,详细阐述了军用毫米波雷达发展的新技术和新方法. 关键词:毫米波;毫米波雷达;毫米波集成电路;毫米波雷达应用 中图分类号:TN958.5文献标识码:A Application and Development of M illimeter Wave Radar TONG Wu-qin,LING Yong-shun,JIANG Jin-shui,ZHANG Xin (Electronic Eng ineering I nstitute,Hefei230037,China) Abstract:With the development of millimetre w ave(M MW)technology,the MMW radar has been stud-ied and developed.Based on the features such as high guidance precision,better ant-i jamming ability, high Doppler resolution and plasma penetration ability etc,the M MW radar has been w idely used in end g uidance,fuse,industry and medical treatment etc.The features and applications are discussed in this pa-per,and the new technolog y and methods of the military M MW radar are presented. Key words:millimetre w ave;MM W radar;M MW integrated circuit;application of M MW radar 毫米波雷达技术的研究起步很早,有文献称,在二战结束前后即已开始,19世纪50年代就已在毫米波器件研制及毫米波传播损耗,水蒸汽与氧气等吸收谱等方面均已取得相当成就,并已研制成功机场交通管制用的毫米波雷达[1,2].最初,对发展毫米波雷达的推动力主要来自要在用小口径天线即可获得比微波雷达更窄的天线波束,高的天线增益.窄波束具有的高分辨率和由于空间选择性好而带来的高抗干扰能力. 近年来海湾战争、科索沃战争的实践已经表明,/远程打击,精确打击0技术在军事应用中非常重要,高精度、高分辨率测量、精确制导和精确目标指示、实现自动目标识别(AT R)等需求对毫米波(M MW)雷达的发展提供了巨大的新的推动力. 毫米波雷达的应用主要限制在近程雷达上,其主要原因有两个:一是难以获得要求的高发射功率和相应的低损耗传输馈线;二是毫米波在大气中传输时损耗大.例如,在8m m和3mm窗口,单程传播损耗分别为0.08dB/km和0.3dB/km 左右[3]. 1毫米波雷达的系统概念 如图1所示,发射信号按雷达计算机控制的速率,通过双工器输出.回波信号的返回时间也由该计算机控制,该信号被输入到接收机,在此, 收稿日期:2004-02-24 作者简介:同武勤(1980-),男,陕西韩城人,硕士研究生,研究方向为毫米波电子对抗研究;凌永顺(1937-),男,安徽定远人,中国工程院院士,研究方向为电子工程;蒋金水(1964-),男,安徽含山人,副教授(博士后),研究方向为毫米波对抗;刘勇(1982-),男,四川资阳人,研究方向为雷达对抗.
1.引言 毫米波的工作频率介于微波和光之间，因此兼有两者的优点。它具有以下主要特点： 1）极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为26.5～300GHz，带 宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只能使用四个主要窗口，但这四个窗口的总带宽也可达 135GHz，为微波以下各波段带宽之和的5 倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。 2）波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束 窄得多。例如一个 12cm的天线，在9.4GHz时波束宽度为18度，而94GHz时波速宽度仅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰 地观察目标的细节。 3）与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性。 4）和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因 此毫米波系统更容易小型化。由于毫米波的这些特点，加上在电子对抗中扩展频段是取得成功的重要手段。毫米波技术和应用得到了迅速的发展。 2.毫米波技术的应用 表面上看来毫米波系统和微波系统的应用范围大致是一样的。但实际上两者的性能有很大的差异，优缺点正好相反。因此毫米波系统经常和微波系统一起组成性能 互补的系统。下面分述各种应用的进展情况。 2.1毫米波雷达 毫米波雷达的优点是角分辨率高、频带宽因而有利于采用脉冲压缩技术、多普勒颇移大和系统的体积小。缺点是由于大气吸收较大，当需要大作用距离时所需的发 射功率及天线增益都比微波系统高。下面是一些典型的应用实例。 2.1.1 空间目标识别雷达它们的特点是使用大型天线以得到成像所需的角分辨率和足够高的天线增益，使用大功率发射机以保证作用距离。例如一部工作 于35GHz的空间目标识别雷达其天线直径达36m。用行波管提供10kw的发射功率，可以拍摄远在16，000km处的卫星的照片。一部工作于 94GHz的空间目标识别雷达的天线直径为13.5m。当用回族管提供20kw的发射功率时，可以对14400km 远处的目标进行高分辨率摄像。 2.1.2汽车防撞雷达因其作用距离不需要很远，故发射机的输出功率不需要很高，但要求有很高的距离分辨率（达到米级），同时要能测速，且雷达的体积 要尽可能小。所以采用以固态振荡器作为发射机的毫米波脉冲多普勒雷达。采用脉冲压缩技术将脉宽压缩到纳秒级，大大提高了距离分辨率。利用毫米波多普勒颇 移大的特点得到精确的速度值。 2.1.3直升飞机防控雷达现代直升飞机的空难事故中，飞机与高压架空电缆相撞造成的事故占了相当高的比率。因此直升飞机防控雷达必须能发现线径较细 的高压架空电缆，需要采用分辨率较高的短波长雷达，实际多用3mm雷达。 2.1.4精密跟踪雷达实际的精密跟踪雷达多是双频系统，即一部雷达可同时工作于微波频段（作用距离远而跟踪精度较差）和毫米波频段（跟踪精度高而作
87 科协论坛·2009年第1期 （下）科研探索 与知识创新 1 引言 最初，对发展毫米波雷达的推动力主要来自于用小口径天线即可获得比微波雷达更窄的天线波束，更高的天线增益。窄波束具有高分辨率和由于空间选择性好而带来的高抗干扰能力。近年来海湾战争、科索沃战争的实践已经表明，“远程打击，精确打击”技术在军事应用中非常重要，高精度、高分辨率测量、精确制导和精确目标指示、实现自动目标识别(ATR)等需求对毫米波(MMW)雷达的发展提供了巨大的新的推动力。毫米波雷达的应用主要限制在近程雷达上，其主要原因有两个：一是难以获得要求的高发射功率和相应的低损耗传输馈线；二是毫米波在大气中传输时损耗大，例如，在8mm 和3mm 窗口，单程传播损耗分别为0.08dB/km 和0.3dB/km 左右。 2 毫米波雷达的系统概念 如图1所示，发射信号按雷达计算机控制的速率，通过双工器输出。回波信号的返回时间也由该计算机控制，该信号被输入到接收机，在此，它经下变频处理并采样。得到的信号由数字脉冲压缩系统压缩处理。该数字信号被记录在一个“廉价硬盘冗余阵列”(redundant array of inexpensive disks)(RAID)记录系统上,并且也输入到一个阵列处理机上, 该阵列处理机对这些数字实施综合处理。 3 毫米波雷达的优缺点 （1）毫米波雷达的优点与其他传感器系统比较，毫米波雷达有如下优点：1)高分辨率，小尺寸；由于天线和其他的微波元器件尺寸与频率有关，因此毫米波雷达的天线和微波元器件可以较小，小的天线尺寸可获得窄波束；2)干扰，大气衰减虽然限制了毫米波雷达的性能，但有助于减小许多雷达一起工作时的相互影响；3)与常常用来与毫米波雷达相比的红外系统相比，毫米 波雷达的一个优点是可以直接测量距离和速度信息。 （2）毫米波雷达的缺点1)与微波雷达相比，毫米波雷达的性能有所下降，原因如下：①发射机的功率低；②波导器件中的损耗大；2)与天气的关系很大，降雨时更为严重；3)在防空环境中，不可避免的会出现距离模糊和速度模糊；4)毫米波器件昂贵，不能大批量生产装备。 4 毫米波雷达的应用需求与特征4.1 对毫米波雷达的应用需求 (1)进行高精度、高分辨测量，精确制导和目标指示；(2)获得宽带信号与增大回波信号多普勒带宽；(3)获得高天线增益，获得高雷达能量(发射机平均功率，发射天线增益和接收天线口径的乘积，即PavGtAr)； (4)获得精细的距离———多普勒图像和目标识别；(5)测量复杂目标的结构；(6)改善雷达的抗干扰能力；(7)观测小尺寸目标；(8)空间雷达，空间飞行器交汇雷达；(9)受体积、重量严格限制的平台上的雷达，例如安装在坦克、导弹、飞机,特别是直升机和无人机等上的雷达，例如导弹上的寻的头，机载地形跟随，地形回避等； (10)低角跟踪、测高、抑制多径干扰；(11)毫米波无源探测。4.2 毫米波对目标高精度探测 目标的高分辨测量，在纵向距离维，主要依靠大的雷达信号瞬时带宽(Δｆ=1GHz)，其理论距离分辨Δθ。 ΔRcr=λ/(2Δθ) 由于毫米波雷达波长比微波雷达短许多，故为获得同样的ΔRcr ，Δθ可相应降低，因而实现转角Δθ所需的目标飞行时间(亦称雷达观察时间)也相应降低，这对在远距离高机动飞行目标(例如在空间变轨的卫星和导弹目标)进行成像特别有意义。为了说明这一点，若设目标相对于雷达的切向飞行速度为υtang ，目标至雷达的距离为Rt ，为实现要求的横向分辨率ΔRcr 所需时间为Ｔobs ，则有：Tobs=λRt/(2υtang ΔRcr)。图2中ａ为对λ=8.57mm ，图中ｂ为对λ=3cm 时要求的观察时间Ｔobs 与目标相对于雷达的切向飞行速度Vtang 的关系图。将来Ｒｔ设为1000km ，要求的△Rcr 为0.3ｍ。由此不难看出，如果目标远离雷达，即使是对高速飞行导弹目标，为了获得很高的横向分辨率，对雷达观察时间的要求仍是很高，因此，即使采用Ｘ波段，仍嫌不够，必须毫米波波段雷达。 毫米波雷达的应用及发展趋势 □ 刘荣丰 李 博 （91550部队第210所 辽宁·大连 116023） 摘 要 毫米波雷达具有导引精度高、抗干扰能力强、多普勒分辨率高、等离子体穿透能力强等特点；因此其广泛的用于末制导、引信、工业、医疗等方面。本文评述了毫米波雷达的优缺点，以及它的应用，详细阐述了军用毫米波雷达发展的新技术和新方法。 关键词 毫米波 毫米波雷达 毫米波集成电路 毫米波雷达应用 中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2009）01-087-02
文章编号:1001-893X(2008)01-0006-07 毫米波相控阵雷达及其应用发展* 石星 (中国西南电子技术研究所,成都610036) 摘要:概述了毫米波相控阵雷达的特点,介绍了电扫原理和主要毫米波电扫技术,以及相位控制扫描和多种移相器技术。针对毫米波相控阵雷达的特点,叙述了其主要应用领域,结合雷达和半导体技术对毫米波相控阵雷达的发展进行了展望。 关键词:毫米波雷达;相控阵雷达;电扫天线;移相器;数字波束形成 中图分类号:TN958.92文献标识码:A M illi m eter-W ave Phased-Array Radar and its Application Progress S H I X i ng (Southw est China I nstitute o f E lectron ic Techno l o gy,Chengdu610036,Ch i n a) Abstract:The characteristics ofM illi m eter-W ave(MMW)Phased-A rray R adar(P AR)are descri b ed, t h e pr i n ciple of electron ica ll y scanned array(ESA)and pri m ary e l e ctronically scanned techn i q ues for MMW array are presented,as w ell as phase-con tro lled scan and phase shifter techn iques.M a i n app lication fields ofMMW P AR are ill u m i n ated and its progress is antici p ated on the basis o f radar and se m iconductor techniques. Key w ords:MMW radar;phased-array radar(PAR);electr onically scanned array(ESA);phase sh ifter; dig ita l bea m for m i n g(DBF) 1概述 随着雷达技术的发展以及不同应用领域日益提高的需要,远距离和高数据率、宽带和高分辨、多目标跟踪和识别、低截获和抗干扰、多功能和高可靠已经成为现代侦察、监视以及火控等雷达的基本要求。毫米波同相控阵雷达的发展和结合应用,在多个方面适应了现代雷达发展的这些需求。 毫米波段(1~10mm)相对应的频率为30~ 300GH z,其低端毗邻厘米波段,具有厘米波段全天候的特点,高端邻接红外波段,具有红外波的高分辨力特点。毫米波雷达波束窄,角分辨力高,频带宽,隐蔽性好,抗干扰能力强,体积小,重量轻。与红外、激光设备相比较,它具有很好的穿透烟、尘、雨、雾的传播特性,具备良好的抗干扰、反隐身、反低空突防和对抗反辐射导弹(/四抗0)的能力。由于受器件功率和大气条件的影响,毫米波雷达的作用距离受到了一定限制,但这并没有妨碍毫米波雷达的广泛应用。 相控阵雷达,特别是有源相控阵雷达,具有波束扫描快、波形变化灵活、功率孔径积大、易于全固态化和轻小型化、可靠性高等特点,容易实现天线共形设计并具备低截获概率和抗干扰的优良性能。自20世纪50年代末问世以来,相控阵雷达在地基、空基、海基和天基雷达中得到广泛的应用。特别是80年代后,砷化镓(Ga A s)等半导体器件的出现极大促进了有源相控阵雷达的迅速发展,有源相控阵雷达大量取代现役的机械扫描雷达,代表了现代雷达的 #6 # *收稿日期:2007-10-18;修回日期:2007-12-28
技术剖析：详解毫米波技术及芯片 由于毫米波器件的成本较高，之前主要应用于军事。然而随着高速宽带无线通信、汽车辅助驾驶、安检、医学检测等应用领域的快速发展，近年来毫米波在民用领域也得到了广泛的研究和应用。目前，6 GHz 以下的黄金通信频段，已经很难得到较宽的连续频谱，严重制约了通信产业的发展。相比之下，毫米波频段却仍有大量潜在的未被充分利用的频谱资源。因此，毫米波成为第5 代移动通信的研究热点。2015 年在WRC2015 大会上确定了第5 代移动通信研究备选频段：24.25-27.5 GHz、37-40.5GHz、42.5-43.5 GHz、45.5-47 GHz、47.2-50.2 GHz、50.4-52.6 GHz、66-76 GHz 和81-86 GHz，其中31.8-33.4 GHz、40.5-42.5 GHz 和47-47.2 GHz 在满足特定使用条件下允许作为增选频段。各种毫米波的器件、芯片以及应用都在如火如荼的开发着。相对于微波频段，毫米波有其自身的特点。首先，毫米波具有更短的工作波长，可以有效减小器件及系统的尺寸; 其次，毫米波有着丰富的频谱资源，可以胜任未来超高速通信的需求。此外，由于波长短，毫米波用在雷达、成像等方面有着更高的分辨率。到目前为止，人们对毫米波已开展了大量的研究，各种毫米波系统已得到广泛的应用。随着第5 代移动通信、汽车自动驾驶、安检等民用技术的快速发展，毫米波将被广泛应用于人们日常生活的方方面面。 毫米波 毫米波技术方面，结合目前一些热门的毫米波频段的系统应用，如毫米波通信、毫米波成像以及毫米波雷达等，对毫米波芯片发展做了重点介绍。1、毫米波芯片传统的毫米波单片集成电路主要采用化合物半导体工艺，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等，其在毫米波频段具有良好的性能，是该频段的主流集成电路工艺。另一方面，近十几年来硅基（CMOS、SiGe等）毫米波亚毫米波集成电路也取得了巨大进展。此外，基于氮化镓（GaN）工艺的大功率高频器件也迅速拓展至毫米波频段。下面将分别进行介绍。 1.1 GaAs 和InP 毫米波芯片近十几年来，GaAs 和InP 工艺和器件得到了长足的进步。
毫米波通信将成为主流 60GHz毫米波通信的研发工作正日益活跃起来(见图1)。该技术面向PC、数字家电等应用，能够实现设备间数Gbps的超高速无线传输。在业内多家厂商的积极推动下，毫米波通信今后的应用将会不断扩展。英特尔公司首席工程师Alexander Maltsev就表示：“几年后，毫米波通信无疑将会变得不可或缺。”这一技术目前面临的问题是元器件成本较高。毫米波通信现在主要用于实现家庭内的非压缩高清视频传输，如果其应用能扩展至手机及办公设备，那么，随着出货量的增加，其成本将能够大幅降低(见图2和图3)。 英特尔与Broadcom等公司大力推进
2009年5月，英特尔、微软、诺基亚、戴尔、松下等15家公司联手成立了WiGig(Wireless Gigabit)联盟，欲定义面向数字家电的毫米波通信标准。WiGig联盟计划于2009年第4季度完成标准制定，最早2010年即可开始进行互操作性测试。 此外，英特尔还和Broadcom、Atheros等领先的WLAN芯片厂商于2009年初在IEEE 802委员会里成立了毫米波WLAN标准化工作小组TG ad(Task Group ad)。11ad工作小组组长、英特尔首席工程师Eldad Perahia表示：“毫米波通信可以作为现有WLAN标准802.11n的互补技术，适用于家庭、办公室等多种场合。” 进入主流 业界此前就已在尝试将毫米波用作数字家电的短距离无线接口。松下、索尼、三星等大型音/视频设备厂商所支持的WirelessHD标准早在2008年初就已公开了1.0版的正式标准，2009年，相应芯片及家电设备也相继亮相。另外，IEEE 802.15.3c也是针对毫米波通信而制定的标准。 与过去在全行业范围内开展的活动不同，毫米波通信领域内的最新发展动向是由英特尔、Broadcom及Atheros等业界领先的厂商所推动的。与常用的2.4GHz无线通信相比，毫米波通信的频段相对较高且具有高度直进性，因此被认为是难于加以利用的无线技术，在无线通信的标准化进程中也一直被定位为非主流技术。然而，随着所有主要的WLAN芯片厂商对该技术表现出极大的兴趣，毫米波通信的地位正在发生变化，将有可能成为802.11n的后续规格。 其中表现最为积极的是英特尔公司。该公司此前曾经热衷于采用UWB(超宽带)技术来实现WUSB(无线USB)标准，但由于UWB在日本、欧洲等关键市场受到严格管制难以推广，因此被迫改变策略。英特尔解散了公司内部的UWB芯片商用化开发团队，转而进行毫米波技术的开发，并投入了大量的人力物力来推进毫米波通信的标准化和商用化。 与便携设备行业相关的厂商也在关注毫米波技术。诺基亚、意法半导体等开发手机平台的厂商已经加入了WiGig，领先的手机芯片组供应商高通公司位于以色列的研发中心也正在加紧开发毫米波通信IC。 最大优势是宽带宽 PC、WLAN以及便携设备等行业的众多厂商都对毫米波通信寄予厚望的最大原因是该技术能够提供较宽的带宽。在60GHz频段内，全球无需许可即可免费使用的带宽可达7GHz~9GHz(见图4a)。WirelessHD等标准可以在这一带宽内设定4路带宽为2160MHz的信道，这相当于现有WLAN标准下20MHz信道带宽的100倍(见图4b)。
第三页： 回顾移动通信的发展历程，每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键技术来定义。 1978年，美国首先在芝加哥开始了关于全球第一个蜂窝移动通信系统AMPS:Advanced Mobile Phone Service 高级移动电话服务系统，开启了1G时代，该时段的系统采用频分多址，只能提供模拟语音业务，数据率仅为2.8kbps~56kbps；2G时代中全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的空中接口采用时分多址技术。GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，可提供数字语音和低速数据业务，这时候都可发短消息了,但仍然是窄带的；2000年开始部署了3G，3G以码分多址为技术特征，同时采用多输入输出技术增加系统的吞吐率，此时的用户峰值速率提升到2Mbps 至数十Mbps，可以支持多媒体宽带数据业务。为了提供移动业务，到2010年，正式部署了第四代移动通信，4G的空中技术是在3.9G中演进的，将OFDM与FDMA结合，以正交频分多址技术为核心，用户峰值速率提升到100Mbps至1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。前几代都是基于演进的，并且向后兼容后一代，4G相比5G就如同龟兔赛跑，面向2020年及未来5G，将很大程度上提高传输速率。 2015年工信部发表第五代移动通信的发展时间表，预计将在2018年将完成技术规范，2020年正式商用。工信部电信研究院发表的5G无线技术架构白皮书也预示着我国在5G的研发进入标准制定阶段。中国5G官方推进组负责人曹淑敏讲到，我们已经从最初的概念、需求、场景逐渐走向了用合适的技术去满足这些需求。 第四页 1G~4G阶段里的重要专利技术几乎被美国的高通、爱立信垄断，中国一直处于落后状态！
毫米波雷达的详细资料介绍和其应用说明 所谓的毫米波是无线电波中的一段，我们把波长为1～10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。 所谓的毫米波雷达，就是指工作频段在毫米波频段的雷达，测距原理跟一般雷达一样，也就是把无线电波(雷达波)发出去，然后接收回波，根据收发之间的时间差测得目标的位置数据。毫米波雷达就是这个无线电波的频率是毫米波频段。 由于毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。 毫米波雷达是测量被测物体相对距离、现对速度、方位的高精度传感器，早期被应用于军事领域，随着雷达技术的发展与进步，毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。 毫米波雷达的特性 1、频带极宽，在目前所利用的35G、94G这两个大气窗口中可利用带宽分别为16G和23G，适用与各种宽带信号处理; 2、可以在小的天线孔径下得到窄波束，方向性好，有极高的空间分辨力，跟踪精度高; 3、有较高的多普勒带宽，多普勒效应明显，具有良好的多普勒分辨力，测速精度较高; 4、地面杂波和多径效应影响小，跟踪性能好; 5、毫米波散射特性对目标形状的细节敏感，因而，可提高多目标分辨和对目标识别的能力与成像质量; 6、由于毫米波雷达以窄波束发射，具有低被截获性能，抗电子干扰性能好;
第9卷第1期2009年2月 湖南工业职业技术学院学报 J OURNAL O F HUNAN INDUSTRY POLYTEC H NIC V o l 9N o 1Feb 2009 毫米波光纤无线通信技术 李 佳,刘霜霜 (湖南工业职业技术学院信息工程系,湖南长沙 410208) [摘 要] 随着网络电视(I PTV )、视频点播(VOD )等数字多媒体技术的迅猛发展,传统的无线通信系统已不能满足日益增长 的宽带业务需求。毫米波光纤无线通信技术既充分利用了现有光纤的高带宽、低损耗等特点,又发挥了无线通信的高度灵活性优点,因此,有机结合了光纤和无线通信优点的毫米波光纤无线通信技术是最理想的选择。 [关键词] 光通信;光纤无线通信系统;毫米波;色散;相位调制器(P M );载波抑制调制(OCS )[中图分类号] TN 929 11 [文章标识码] A [文章编号] 1671-5004(2009)01-0023-02 OpticalM illi m eter W ave G enerati on i n R adio over F i ber Syste m LI Jia ,LIN Shuang-shuang (H unan Indu stry Po l ytechn ic ,Changs h a 410208,H unan) [Abstract] W it h t he rap i d devel opm en t of d i g it alm u lti m ed i a technologies s u ch as I PTV 、VOD ,traditi onalw ireless co mm un i cati on syst e m no l ongerm eet the i ncreas i ng de m ands ofw i de bandw i dth serv i ces .The rad i o-over-fi b er (ROF)technol ogy can n ot on l y take f u ll advan t age of the charact eristics of op tical fi b er s high band w i d t h and lo w l oss ,but all the h i gh flex i b ilit y ofw i rel ess co mm un ication .Therefore ,The rad i o-over-fi ber (ROF )techn ol ogy ,comb i n i ng m erit s of t he fiber co mm un i cati on and t he w ireless co mmun i cati on technologies ,is t h e b est sel ecti on . [K ey words] opti cal comm un i cati on ;rad i o –over-fi ber (ROF );m illi m iter w ave ;d i spers i on;phase m odu l ator (P M );opti cal carri er suppressi on (OCS) [收稿日期] 2009-01-22 [作者简介] 李 佳(1982-),女,湖南祁阳人,湖南工业职业技术学院信息工程系助教,研究方向:计算机技术。 毫米波光纤无线通信(R ad i o over F i ber ,简称R oF )的概念融合了两种常规技术 无线通信和光纤传输。目前,毫米波光载波信号的光学产生和传输就是ROF 系统的研究热点。人们已提出了一系列方法,大概可分为三类:直接调制激光器产生光毫米波信号、光外差技术和使用外部调制器法。 一、直接调制激光器产生光毫米波信号 这是最简单的毫米波光载波产生方法,它是采用毫米波 副载波信号直接强度调制激光器光源。直接调制具有简单、损耗小、经济、容易实现等优点,但这种技术往往受到激光器调制带宽限制造成,因此不适合高频率毫米波光载波信号的产生。同样,由于其工作方式所造成的固有缺陷 啁啾现象,会引起调制啁啾,而造成传输信号严重的色散,因此只适用于2.5Gb /s 速率以下的信号调制。 二、光外差法产生光毫米波信号 该技术传输的是窄线宽光波信号,因此色散效应的影响 很小。因此,光外差方法既可以克服光纤中的色散问题,又可以简化基站的结构和成本,成为近年来ROF 发射机研究工作的热点。 由于信号直接调制在一个窄线宽的光波上,这就避免了数十GH z 高频调制所带来的困难,又解决了光纤色散对高频调制光信号影响的问题,其基本原理简图如下图1所示: 从上图可看到,该技术需要两个使用两个半导体激光器 ,图1 光外差方案简图 它们之间的随机相位噪声,导致外差接收产生的拍频毫米波信号也将存在相位噪声,这将对系统性能造成严重的影响。为此,近些年人们提出了光注入锁定法(Optical In jecti on L ock i ng ,O I L )、光学锁相环法(Optical Phase Locked L oop s ,OPLL )和光注入锁相环法(O pti ca l In j ec tion Phase Lock L oop ,O IPLL )等方法以减少随机激光器的相位噪声的影响。 光注入锁定法的原理如图2所示[5]。这一方法可以获得相对低的相位噪声, 预期成本也很低。 图2 光注入法原理图 23