1、目的及意义

1.1、目的及意义

随着千兆比特流(Gb/s)点对点链接通信、大容量的无线局域网(WLAN)、短距离高速无线个人局域网(WPAN)和毫米波等高速率宽频带通信应用的市场需求不断扩大,设计实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的毫米波单片集成电路(MMC)迫在眉睫。

然而目前，毫米波传感器主要应用于交通检测方面，相比于其他微波通信方式，毫米波具有稳定、快速等特点可以广泛应用于军事雷达系统、射电天文学和太空以及短距离无线高速传输等领域。但是，由于受到成本和产量的限制，毫米波产品还没有真正实现商业化，在很多非道路领域并未真正发挥作用。为了进一步推动毫米波的发展应用，本此研究主要以Si基CMOS晶体管为主，设计研究具有低成本、低功耗以及能与基带IC模块的工艺相兼容等优点的毫米波CMOS集成电路传感系统。

非道路毫米波传感系统可以应用在很多方面，例如：毫米波成像(mm- wave imaging)、亚太赫兹(sub-Hz)化学探测器,以及在天文学、化学、物理、医学和安全方面的应用。感兴趣的重要频率包括90GHz、140GHz,以及300ghz以上或者叫做THz区域。本次研究将研究重点放在非道路毫米波传感器设计的主要意义时致力于毫米波潜在的发展领域研究，以拓宽毫米波的应用范围。在过去的二十年里,与毫米波传感器相关的技术应用例如：医学成像,温度测量,血液循坏和水分、氧分测量等都曾成为热点研究项目，但是由于当时我国科学技术水平有限，针对毫米波的特性研究不够深入，毫米波逐渐被等所取代，但是近年来，由于波长太长, MRI或者X射线CAT扫描系统等这些系统的波长较长，所以精度很差已经很难满足人们的需求，并且随着硅技术的诞生，大量的接收机阵列可以实现低成本地集中在一块小面积上，这使得毫米波的应用重新成为热点研究项目。而且随着频率被推到更高频点,如100GHz以上,波长变得更小,还将出现新的应用领域。本此研究就着眼于次，以期通过研究非道路毫米波传感器，促进毫米波应用领域的进一步扩大。

1.2、现状分析

近年来,美、日、韩等国相继开放了无需授权使用的毫米波频段(北美和韩国57-64GHz,欧洲和日木59-66GHz),从而进一步刺激了对毫米波传感系统技术的研究。可以预期,在今后几年里,毫米波传感系统技术将会突飞猛进,成为设计毫米波MMC的另一种有效的选择。在毫米波传感系统领域内,最引人注目的是美国国防部发展军事微电子电路总计划之一的MMC计划,此计划总的目标是开发1-100GHZ频率范围内的各种单片电路传感系统,且要求其成本低、性能好、体积小、可靠性高、能批量产生。

我国众多学者关于毫米波传感系统的设计也进行了大量的研究，刘沛,王健安,赖凡等三位学者提出：为了满足高速无线应用要求，毫米波传感系统将变得更加复杂，无线收发前端的架构将朝着多输入多输出(MIMO)系统发展，调制方式将采用正交频分复用( OFDM)。为此，就要求新研发的毫米波传感系统集成电路具有更高的性能，比如发射器的输出功率必须大大低于功率放大器(PA)的1dB压缩点以保证线性度的要求;接收器必须具有变化增益以支持高动态范围；LNA的增益至少达到15 dB,噪声系数小于4.5dB，线性度IIP3大于-10dBm；而VCO的相位噪声必须低于-95dBc/Hz@1MHz。此外，李子蒙,杨娇,陈霏等学者提出：毫米波传感系统还将朝着片上系统(SoC)发展，在一块芯片上集成射频收发前端、信号处理器和存储器，并且支持超过2Gb/s的高数据传输速率的各种应用，其中包括高速Internet接入、高速内容下载(如视频点播、高清电视、家庭影院等)和实时高速无线数据总线(用于替代有线数据总线)等。虽然我国毫米波传感系统的研究工作才刚刚起步，而且难度很大，但是随着研究的进一步深入，毫米波传感系统中的诸多关键技术将不断被突破。可以预期，应用于各种非道路毫米波传感系统不久将会面世。

2. 研究的基本内容与方案

2.1、研究内容、目标

本此研究的主要内容是利用毫米波设计适用于医疗监护、教学系统搭建、智能家居照明、工业控制等方面的毫米波传感系统，充分利用毫米波传感系统体积小、易集成和空间分辨率高的特点，针对雾、烟、灰尘等不良情况探测目标物体的距离、速度、大小等，并将探测数据及时反馈给核心处理部件，判断当前状态并做出一定的应激反应。在医疗、家居、教学等对毫米波传感器的测量精度要求较高，本次研究主要内容就是利用FMCW和CW多普勒原理，对现有的毫米波传感器进行该井，在测距和测速的过程中分别采用不同的毫米波和计算方式，以获得更精确的目标距离、速度数据，以便于系统进行分析处理。