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需求背景

近些年，毫米波雷达被广泛应用于自动驾驶或无人机器、工业传感、智能生活等领域和行业。相比于低频无线电或微波雷达，毫米波雷达具有体积小，质量轻，测量精度和分辨率高的特点；相比于光学传感器，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘等能力强，具有全天全时的特点。工作带宽越大雷达的测量距离分辨率越高，通道数越多雷达的角度分辨越好，工作频率越高雷达天线口径实现效率越高，集成度越高雷达系统成本越低、可靠性越高。目前毫米波雷达工作频率主要集中在60GHz和77GHz两个频段，工作带宽只有5GHz；此外，毫米波雷达系统中的天线大多数采用的PCB工艺制造，这增加了系统应用的复杂程度、体积及成本。基于此，需研制更高工作频率、更大工作带宽的多收多发集成片上天线的毫米波射频前端芯片，在单芯片内集成天线、功率放大器、低噪声放大器、功分器、混频器、4倍倍频器等模块，共包含四路接收通道和四路发射通道，其主要的技术参数下：

l 片上集成毫米波收发天线和4收4发正交上下变频通道

l 单路发射最大功率：5 dBm

l 接收通道1dB压缩点：-11dBm

l 接收通道增益：21dB

l 接收通道噪声系数：***

l 天线增益：5dBi

l 工作带宽：10GHz

需解决的主要技术难题

120GHz MIMO雷达射频前端全集成芯片面临以下主要技术难题：

1. 高频射频设计：在120GHz频段，由于信号波长较短，射频前端的设计需要考虑更高的频率特性和更大的带宽。这要求设计师具备对高频电路和微波传输线的深入理解，并能够应对高频信号的传输、耦合和衰减等问题。

2. 低噪声设计：在雷达应用中，射频前端的噪声性能对系统的灵敏度和分辨率有着重要影响。由于120GHz频段的噪声系数要求较低，需要采用低噪声放大器和滤波器等组件，并优化整个信号链路的噪声指标。

3. 宽带设计：120GHz频段的雷达系统通常要求较大的带宽，以实现高分辨率和高精度的目标探测。因此，射频前端需要具备宽带设计能力，包括宽带放大器、宽带混频器和宽带滤波器等。

4. 高效功率放大器设计：在雷达系统中，射频前端需要提供足够的输出功率，以实现目标检测和跟踪。然而，120GHz频段的功率放大器设计面临着高功率、高效率和高线性度的挑战。需要采用高效的功率放大器结构和线性化技术，以提高系统的性能。

5. 多天线设计：MIMO雷达系统采用多个天线进行信号传输和接收，以提高目标探测和分辨率。在120GHz频段，天线间的互相干扰和耦合问题更为严重，需要采用合适的天线设计和天线阵列技术，以实现高效的信号传输和接收。

6. 射频前端集成：120GHz MIMO雷达射频前端全集成芯片需要将所有射频功能集成到一个芯片上，包括低噪声放大器、混频器、滤波器、功率放大器和天线等。这要求设计师具备对射频和模拟电路的深入理解，并能够解决集成电路设计中的布局、封装和互连等问题。

解决这些技术难题需要跨学科的研究和开发，涉及射频电路设计、天线设计、集成电路设计和信号处理等领域的知识和技术。同时，还需要充分利用先进的射频器件和制造工艺，以提高系统的性能和可靠性。

期望实现的主要技术目标

基于120GHz MIMO雷达射频前端全集成芯片项目，突破天线与芯片一体化设计技术难题，可提高毫米波雷达测量精度、降低毫米波雷达系统体积及应用复杂度。毫米波雷达可应用在交通、工业、家电、医疗等各个场景中。在汽车自动驾驶中，可用于自适应巡航、盲点检测、变道辅助、自动紧急制动；在智慧交通中，可用于即时数据检测、车流量统计、事件检测、合流区碰撞预计、车道级动态限速；在智能家居中，可用于扫地机器人路障探测，室内人员方位探测以实现家电节能；在工业传感器中，可用于液体容量测量，无人机器人路障探测和目标识别；在生物医疗中，可用于人员脉搏检测、老人跌倒监测。

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