毫米波相控阵技术在雷达通信电子战中的应用

硅基毫米波相控阵集成电路

IBM和爱立信（Ericsson）联合宣布成功推出了应用于未来5G基站的硅基毫米波相控阵集成电路，它结合了IBM在高集成相控阵毫米波集成电路和天线封装解决方案的优势，以及爱立信在设计移动通信电路和系统的技术积累。

模块工作频率为28GHz，包含四个单片集成电路和64个双极化天线，模块尺寸约 7.1 厘米*7.1 厘米，IBM表示这是支持5G广泛部署的必要尺寸。

相控阵列天线模块的并行双极化运作方式能够同时形成两个波束，保持接收和发送模式，该设计同时还支持低于1.4度的波束扫描精度。

爱立信宣布将会在2017年年底前，面向大规模和多用户MIMO推出全球首个商用5G无线电–AIR 6468。这个新型无线电将提供由先进天线和可控端口的混合系统来实现波束成形，大规模MIMO和多用户 MIMO。

5G毫米波面临的挑战

现在大部分手机的工作频段都是在 2GHz、2.6GHz 或 3.5GHz，过去整个蜂窝无线网路从来没有在 28GHz 这个频段上进行探索过，因为在这么高的频段，讯号很容易受到阻挡，可能很小的移动就会让网路无法连接。

高通曾利用波束形成、波束追踪等技术解决，当小基站不动，UE在移动，波束就会随着它的移动而去自动追踪它，这样就可以确保两者之间的连接还是保持在一个非常稳定的状态。

相比4G，毫米波信号传输距离变短，由于波长变短和空气吸收等因素影响，5G信号传播距离大约为200米。为了满足短距离传输范围的数据流量需求，5G将采用大规模多入多出技术（Massive MIMO），通过使用多根天线来倍增系统通信容量。

从通信原理来看，在毫米波频段中，28GHz与60GHz是最有望应用在5G通信的两个频段。然而，通信行业不太看好60GHz，因为60GHz信号传播的大气衰减比较严重。相比而言，他们更看好28GHz。

虽然5G 已经成为一种潮流，各厂家也在积极的开发5G芯片，但仍面临着测试、标准、封装、传播、功耗等挑战。所以距离5G时代还有一段路要走。

另外，GaAs在效率、线性度和频率范围等方面都有优势，与硅基工艺相比，GaAs工艺的缺点是成本比较高，不易集成。

除了在5G通信技术中的引用，毫米波技术在军事上的应用也很引人注目，特别是毫米波近程雷达技术和精确制导武器。毫米波导引头和弹载信号处理机的体积更小，更灵活和使用。

毫米波波长短，机械装配的极小差别，就会导致较大的相位差，这就给天线毫米波器件、馈线的设计和加工带来巨大的困难。因此，关键技术之一是保证天线单元及相关器件的相位一致性。

相控阵天线需要进行波束扫描，则各通道处于不同的状态，从而引起各通道幅度上的不一致，这也是关键技术之一。

毫米波雷达器件体积小，波束窄、旁瓣低的特点给电子战造成了截获和干扰的困难。因此，毫米波雷达技术的发展必然会导致其对抗技术的发展。

20世纪80年代美国针对苏联工作在毫米波波段的地空导弹，在AN/ALQ-113/119干扰吊舱中增加毫米波干扰模块。同时苏联也会充分利用其自己在毫米波雷达技术上的优势，积极实施毫米波电子战研究。

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）