近日，电子科学与工程学院无线技术与集成系统团队在集成电路国际顶级期刊《IEEE Journal of Solid-State Circuits》上发表题为“A Multi-Frequency-Excited MIMO Radar Array Architecture Enabling Exponential-Order Improvement in Angular Resolution”的学术论文。研究团队先前在集成电路领域顶级会议IEEE RFIC 2025上宣读了相关研究成果，获评IEEE RFIC Symposium Best Student Paper Award Finalist，并受邀在IEEE JSSC 特刊上发表扩展论文。2022级直博生廖瑞麟为论文第一作者，张净植教授与康凯教授为论文通讯作者。
毫米波雷达凭借全天候工作能力与低成本优势，在自动驾驶等领域应用广泛。然而，其角分辨率通常仅为1°至10°，远逊于光学传感器。这一差距的根本原因在于雷达的角分辨率受限于阵列口径，而要提升口径大小则意味着不断增加收发通道数量。复杂度、功耗与成本的多重瓶颈使得这一方法难以为继。如何在有限收发通道数下实现更高角度分辨率，成为毫米波雷达系统设计的关键挑战。
针对这一问题，研究团队提出了一种多频激励MIMO雷达阵列架构。该架构在不增加收发通道数量的前提下，引入频率作为新的自由度。通过改变阵列的工作频率，天线单元间的电间距随波长变化，从而等效生成多个具有不同探测特性的子阵列。将这些子阵列的探测结果进行合成，即可构建出一个等效阵元数量远大于物理阵元的虚拟阵列。理论分析表明，角分辨率相比于传统方案能够实现指数级提升。
多频激励雷达阵列原理与理论提升
为验证架构的可行性，研究团队基于65nm CMOS工艺设计了一款单通道发射芯片与一款双通道接收芯片，支持15GHz、30GHz与60GHz三频工作。在使用该芯片搭建的雷达系统样机中，仅采用1发4收的阵列配置，成功实现了6°角分辨率，相较于传统单频激励方案提升4倍。
多频激励雷达芯片与样机
本论文展示了在有限物理通道数下，通过频率维度扩展阵列孔径的有效路径。相比传统MIMO雷达阵列依赖通道数线性增长而提升性能的方法，多频激励架构在物理阵元利用效率上具有显著优势，在高精度成像等领域展现出庞大潜力。
相关链接
JSSC期刊链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11363454
RFIC会议链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11082860
