中国电子科技集团第三十八研究所 安徽省合肥市 230001
摘要：随着半导体技术、射频与歡波技术、计算机技术的发展及相控阵雷达系统面临复杂的工作电磁环境，相控:阵雷达射频与_微.波设计面临新的机遇与挑战。为了适虞相控阵雷达系统多功能、高集成、高性能、低成本的发展需求，结合菌外发展现状，从多功能综合射频、异构集成、开放式架构及系统场景仿真等方面对射频与微波设计技术进行叙述》多功能绿含射频、开放式架构是相控阵雷达系.统的发展趁势*异构集成、系统场景仿真是新的设计手段;刺用先进的设计理念与设计手段缩短相控阵雷达多功能综合射频系统的研制.周期，减少系统设计风险，降抵系綵成本。
关键词：多功能综合射频；异构集成；开放式架构；场景仿真相控阵雷达
一、多功能综合射频
用宽带多功能孔径取代目前平台上为数众多的天线孔径，采用模块化、开放式、可重构的射频传感器系统体系架构，并结合功能控制与资源管理调度算法、软件，同时实现雷达、电子战、通信、导航、识别等多种射频功能，这就是多功能综合射频技术。多功能综合射频技术能够降低雷达反射面积，减小相互干扰，提高武器装备整体作战效能，而且其优势在于可以在有限的空间中实现更多的功能，并有效控制功耗，降低成本，具体体现如下：
1)功能拓展，全面提升整体战技性能；
2)高度重用，可靠性、可维护性高；
3)降低系统功耗、体积、重量；
4)功能动态重构、高度灵活、提升容错性；
5)开放式体系架构，便于后续升级改型，降维护成本；
6)综合利用数据信息，提升态势感知和对能力。
20世纪80年代，为了给航空电子系统提出一个统一的模块化、开放式、具有良好容错性并且高度灵活的结构设计规范，“宝石柱”(PavePillar)计划应运而生,该计划主导者是美国空军莱特实验室。该计划大大提高了作战飞机航空电子系统的一体化。美国F-22战机即是采用该设计规范定义的一体化航空电子系统结构。“宝石柱”计划的设计规范中还使用了系统实时动态重构技术，该技术是一项综合电子系统的关键技术，可以使系统的性能和成本都得到很大的改进，甚至达到最优系统结构。
20世纪90年代，美国提出了“宝石台（PavePace)”计划。该计划是“宝石柱”计划的增强和拓展，与“宝石柱”计划相比，其功能更为完善、性能更为优良、综合程度更高,多功能综合射频通过射频系统集成，共享接收机、发射机和信号处理机等方式，用尽可能少的多功能模块构建出兼具任务规划的多功能综合系统。多功能综合射频可以分为天线、射频开关矩阵、频率变换、DAC、ADC、频率综合器、波形产生、时间基准、数据开关矩阵、处理器等功能模雷达、通信及电子战等功能;射频开关矩阵模块实现不同功能射频链路间的切换；频率变换、DAC、ADC模块完成射频链路的变频、滤波及数字化;频率综合器、波形产生、时间基准模块完成系统基准时钟产生、各种功能波形产生及系统时序产生等功能;数据开关矩阵、处理器模块完成不同功能数据处理模块间的切换及各种功能的数字信号处理等功能。每个功能模块可以按照标准化、开放式的架构进行研发与设计，典型的多功能综合射频架构，未来多功能综合射频技术向宽频带、可重构、开放式、多功能方向发展。
二、开放式系统架构
开放式系统架构即采用标准化的方法构建子系统或系统装备，对射频/微波技术而言就是采用标准化、模块化的方法构建集成微波组件（IMA&IntegratedMicrowaveAssemblies)，满足多个平台使用需求。一个模块化的、定义明确的、可扩展的架构可以提高技术透明度，让多家研发单位进行研发、设计与更新，可以加速技术推进，缩短产品研发周期，最大限度发掘不同系统(如雷达、电子战等）之间的共性之处，大大减少系统全周期寿命成本。
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2013年，美国国防部(D〇D)提出了发展开放式系统架构（OSA)的电子战系统旨在有效利用频谱资源，提高武器系统的灵活性和自适应能力。开放式架构从数字子系统的OpenVPX向微波射频子系统的OpenRFM发展。OpenRFM允许集成高频接收机、发射机、本振与功率放大器以及ADC与DAC等，唯一限制是满足VITA标准的功耗。
采用开放式架构的相控阵雷达系统可以适应未来集雷达、通信及电子战等多功能综合射频系统的发展需求，并大大缩短系统的研发周期，提高系统的灵活性和自适应能力，减少系统的体积、重量与功耗。开放式系统架构提出的时间尚短，如何合理划分模块、子系统、系统及其集成设计是射频/微波与相控阵霄达系统设计人员长期进行探索的问题。
三、异构集成
在复合半导体材料中，InP晶体管的/max超过1THz，适合应用于超高速混合电路；GuN具有高的击穿电压，适用于高功率RF器件；SiC具有强的导热性，适用于高功率开关;A1N可应用于频率选择滤波器和时钟参考源电路。然而硅基CMOS电路的集成度高、成本低，尤其在数字集成电路方面具有极大的技术优势，随着RFCMOS与SiGeHBT技术的发展，其电路使用频率可以达到100GHz以上，击穿电压及线性度也越来越好，所以未来硅基异构集成将发挥不同材料的优点，实现高性能、低成本、低功率耗散的综合多功成系统。
美国国防部高级研究计划局(DARPA)的微统办公室(MTO)正在研发革新材料、器件与集技术，满足先进射频和微波系统需求，其中2007开始COSMOS(CompoundSemiconductoraterialsonSilicon)工程重点在硅基CMOS集成复合半导体技术，并获得前所未有的电路特性平。继续COSMOS工程DAHICDiverseccessibleHeterogeneousIntegration)If。
四、系统场景架构仿真
随着多功能综合射频系统的发展与需求，射频/微波设计师面临的挑战已超越单纯的技术层面，也超越了简单的电路及子系统的仿真设计师需要权衡雷达、通信、电子战、侦察、识别等诸多因素，包括模拟实战情况下的电路性能。系统场景架构仿真可以通过软件定义雷达系统硬件及平台模型参数，仿真杂波、干扰等环境下电路及子系统性能，以及复杂电磁环境下雷达系统性能评估，大大节约了系统测试成本，提高了准确度，降低了系统设计风险,设计师可以根据场景架构仿真结果指导射频/微波子系统与系统电路设计，特别是对机载或星载等运动平台的雷达系统简化设计与性能评估具有重大的意义。
场景架构分为3层:轨迹层、天线层和信号层。轨迹层在三维立体空间内定义所有接收与发射系统的位置、速度与加速度，通过雷达平台模型与目标轨迹模型计算雷达与目标的轨迹；天线层通过建立天线实际工作场景下的波束宽度，波束指向及目标位置计算最终的天线增益；信号层通过软件定义方式产生雷达发射激励波形，通过发射链路及天线辐射，接收雷达系统目标回波及杂波信号。
系统场景仿真3层架构层建立后就可以根据雷达方程及相关杂波特性，并利用下述计算模型，对不同场景下雷达系统性能的场景进行仿真分析，并在一定的虚警率情况下计算雷达探测概率，评估雷达系统性能，通过场景仿真结果优化电路、子系统及系统性能参数，确定系统最佳可检测信噪比及最大探测概率。
结束语：
多功能综合射频用宽带多功能孔径实现霄达、通信、电子战等多种功能，是未来相控阵雷达系统发展的主要方向，也是解决复杂电磁环境下实现雷达、通僚与电子战等多功能一体化的髮要手段;开放式系统架构利用标准化、模块化的方式，通过软件定义开发射频/微波模块与子系统，大大缩短了产品的研发周期，降低了系统的全周期寿命成本；异构集成可以充分发挥不同半导体材料的技术优势，提高系统集成度的同时，使模块与子系统的性能达到最佳;通过系统场景架构仿真可以指导复杂电路及系统的设计，评估实战情况下的系统性能，节约了系统测试的时间，大大降低了系统设计风险及系统成本。
参考文献：
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论文作者:刘子龙,蔡陈
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/8/30
标签：系统论文; 射频论文; 多功能论文; 架构论文; 电子战论文; 开放式论文; 相控阵论文; 《防护工程》2019年12期论文;