毫米波和太赫兹通信与传感系统中的大阵列前端技术进展

《IEEE Journal of Microwaves》：Advances in Large-Array Front-Ends for Millimeter-Wave and Terahertz Communication and Sensing Systems

　　

摘要：

大规模天线阵列已成为现代无线通信和传感系统的核心，尤其是随着技术发展到毫米波和太赫兹频段后。这类阵列由数百甚至数千个辐射元件组成，能够实现高波束成形增益、空间复用以及更高的信噪比，这些功能对于5G/6G通信、汽车雷达、卫星通信以及高分辨率成像等新兴应用而言至关重要。尽管具备巨大潜力，但大规模阵列的实现却在硬件设计方面面临诸多挑战，包括集成复杂性、校准精度、能效以及系统可扩展性等问题。要解决这些挑战，就需要在射频前端架构、封装与互连技术以及智能控制算法方面进行创新。本文对大规模阵列的硬件进行了全面综述，按照集成级别、射频前端设计方法以及应用领域进行分类。我们研究了当前最先进的架构，重点关注射频效率、波束成形精度以及校准技术。同时，还深入探讨了天线集成封装、光子集成以及基于超表面的实现方案等关键支撑技术。此外，我们还介绍了软件驱动方面的内容，比如自适应波束成形和资源管理策略。本文还总结了学术界和工业界近期推出的相关演示装置及实际系统。最后，指出了当前存在的挑战，并提出了实现认知集成感知与通信硬件平台的相关研究方向。