1 工作简介

         ——分布式MIMO雷达：面向高分辨率协同成像

图1. (a, b) 传统MIMO雷达的局限性与分布式MIMO雷达的优势; (c)所提出的分布式MIMO雷达; (d) 分布式MIMO雷达在时间、频率和相位维度同步的必要性。

针对上述问题，清华大学集成电路学院邓伟副教授团队在国际上率先展示了硅基单片MIMO分布式雷达芯片及微系统的可行性。相关成果以“A D-band Distributed MIMO FMCW Radar CMOS Transceiver”为题，发表于2025年IEEE Journal of Solid-State Circuits。该团队实现了一款工作在D波段的4发4收分布式MIMO调频连续波雷达CMOS收发机芯片与微系统。该系统具备实时参考时钟同步功能，提出的同步架构有效消除了各雷达站之间本振信号的频率误差、时间误差和斜率误差，确保雷达信号可被准确采集与分析，进而实现多发射站与多接收站目标数据的相干融合，适用于多基地分布式MIMO成像应用。

图2. 所提出的分布式MIMO雷达收发芯片与微系统。

该收发芯片采用28 nm CMOS工艺制造，芯片面积为6 mm²，单芯片集成4个发射通道、4个接收通道、FMCW PLL以及模拟基带。在单发单收工作模式下的功耗为880 mW。发射通道的峰值饱和输出功率为14.8 dBm，其3 dB带宽覆盖132 GHz至163 GHz。接收通道的最大增益为72 dB 。发射端输出的线性调频信号带宽为9.93 GHz，调频斜率为75 MHz/μs，其均方根频率误差为0.09%。锁相环的抖动为622 fs×rms。

图3. 芯片照片与测试环境。

图4. 分布式MIMO雷达多目标成像测试。

从以分布式MIMO雷达形式协同工作的成像结果来看，两个目标均表现出稳定的成像质量，不受目标距离或目标雷达散射截面的影响。所提出的同步系统消除了分站A和B之间的本振信号误差，确保了成像结果与实际场景相符。该分布式MIMO雷达方案消耗与分站A和B独立工作时相同的通道资源（2发2收），却实现了成像质量的显著提升。传统MIMO雷达实测的距离分辨率和角分辨率分别为2.915 cm和13.6°，而分布式MIMO雷达的角分辨率可低至1.5°。相较于传统的多输入多输出雷达，本工作实现了更优越的探测性能，展现了其在未来协同相干多基地成像系统中的应用潜力。

万瑞琛为论文第一作者，邓伟副教授为论文通信作者。该工作得到了科技部重点研发计划、自然科学基金重点项目、国家科技重大专项、国家高层次人才计划、集成电路高精尖创新中心等的支持。

2 主要作者简介

第一作者

万瑞琛，清华大学博士研究生。

2022年本科毕业于华中科技大学。研究方向为毫米波集成电路与系统设计。

通讯作者

邓伟，清华大学长聘副教授、博导，入选国家高层次人才计划和国家青年人才计划。

电子科技大学学士和硕士，日本东京工业大学博士，曾在美国苹果公司总部担任资深主任工程师。现任职清华大学，主要研究方向为硅基射频和混合信号芯片设计与系统集成。现任/曾任ISSCC、VLSI、CICC、RFIC、A-SSCC和ESSCIRC的技术委员会成员, IEEE SSCS 杰出讲师（Distinguished Lecturer），以及IEEE JSSC、IEEE SSC-L、半导体学报等期刊副主编或客座编辑，负责射频和无线方向。在JSSC、IEEE T-CAS I、IEEE T-MTT等期刊以及ISSCC、VLSI等国际会议发表论文180余篇，其中在JSSC和ISSCC发表论文近50篇；主持射频和无线芯片设计领域的多项国家重大科研项目。

3 原文传递

https://ieeexplore.ieee.org/document/11049937