ADAS都這么熱門(mén)了，你還不了解毫米波雷達？

即便你還沒(méi)有聽(tīng)過(guò)ADAS，自動(dòng)駕駛你一定不會(huì )陌生。隨著(zhù)谷歌、百度的自動(dòng)駕駛汽車(chē)上路，許多人也對這項技術(shù)充滿(mǎn)期待。不過(guò)目前大部分汽車(chē)還處在A(yíng)DAS（高級駕駛輔助系統）應用普及的階段，在這個(gè)階段中毫米波雷達就不得不提。

國際自動(dòng)機工程師學(xué)會(huì )將智能駕駛的等級分為五個(gè)等級，目前我們正處于A(yíng)DAS階段。ADAS（Advanced Driver AssistantSystem）的普及是未來(lái)無(wú)人駕駛實(shí)現的先行條件，是提高汽車(chē)主動(dòng)安全性能的技術(shù)基礎。

ADAS系統分為環(huán)境感知、計算分析、控制執行三大模塊。其中傳感器在環(huán)境感知模塊中具有重要的作用，多種傳感器融合應用是未來(lái)必然趨勢，毫米波雷達將率先成為ADAS系統主力傳感器。那么，毫米波雷達是什么？

毫米波雷達是什么？

通常將波長(cháng)為1～10毫米的電磁波稱(chēng)毫米波（millimeter wave ），它位于微波與遠紅外波相交疊的波長(cháng)范圍，具有以下四個(gè)特點(diǎn)：

極寬的帶寬：通常認為毫米波頻率范圍為26.5～300GHz，帶寬高達273.5GHz。超過(guò)從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收，在大氣中傳播時(shí)只能使用四個(gè)主要窗口，但這四個(gè)窗口的總帶寬也可達135GHz，為微波以下各波段帶寬之和的5 倍。這在頻率資源緊張的今天無(wú)疑極具吸引力。

•波束窄：在相同天線(xiàn)尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一個(gè) 12cm的天線(xiàn)，在9.4GHz時(shí)波束寬度為18度，而94GHz時(shí)波速寬度僅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目標或者更為清晰地觀(guān)察目標的細節。

•與激光相比：毫米波的傳播受氣候的影響要小得多，可以認為具有全天候特性。

•和微波相比：毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統更容易小型化。

由于毫米波雷達相比厘米波雷達具有體積小、易集成和空間分辨率高的特點(diǎn)。早期被應用于軍事領(lǐng)域，隨著(zhù)雷達技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，毫米波雷達傳感器開(kāi)始應用于汽車(chē)電子、無(wú)人機、智能交通等多個(gè)領(lǐng)域。車(chē)載毫米波雷達工作的頻段為24GHz和77GHz，少數國家（如日本）采用60GHz頻段。

車(chē)載毫米波雷達的原理

根據輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要有脈沖體制以及連續波體制兩種工作體制。

調頻連續波雷達系統工作原理

車(chē)載毫米波雷達通過(guò)天線(xiàn)向外發(fā)射毫米波，接收目標反射信號，經(jīng)后方處理后快速準確地獲取汽車(chē)車(chē)身周?chē)奈锢憝h(huán)境信息（如汽車(chē)與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運動(dòng)方向等），然后根據所探知的物體信息進(jìn)行目標追蹤和識別分類(lèi)，進(jìn)而結合車(chē)身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數據融合，最終通過(guò)中央處理單元（ECU）進(jìn)行智能處理。經(jīng)合理決策后，以聲、光及觸覺(jué)等多種方式告知或警告駕駛員，或及時(shí)對汽車(chē)做出主動(dòng)干預，從而保證駕駛過(guò)程的安全性和舒適性，減少事故發(fā)生幾率。

車(chē)載毫米波雷達的分類(lèi)和作用

根據毫米波雷達的有效范圍，可以將車(chē)載毫米波雷達分為長(cháng)距離雷達（LRR）和中距離雷達（MRR）以及短距離雷達（SRR）。

短距毫米波雷達的功能

長(cháng)距毫米波雷達的功能

車(chē)載毫米波雷達核結構

MMIC芯片和天線(xiàn)PCB板是毫米波雷達的硬件核心，以FMCW汽車(chē)雷達系統為例，主要包括天線(xiàn)、收發(fā)模塊、信號處理模。

1）前端單片微波集成電路（MMIC）：它包括多種功能電路，如低噪聲放大器（LNA）、功率放大器、混頻器、甚至收發(fā)系統等功能。具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點(diǎn)。

毫米波雷達的關(guān)鍵部件前端單片微波集成電路（MMIC）技術(shù)由在國外半導體公司掌控，而高頻的MMIC只掌握在英飛凌、飛思卡爾等極少數國外芯片廠(chǎng)商手中。國內的MMIC仍處于起步狀態(tài)，廈門(mén)意行和南京米勒為正在研發(fā)雷達MMIC，相關(guān)性能仍有待驗證。

2）雷達天線(xiàn)高頻PCB板：毫米波雷達天線(xiàn)的主流方案是微帶陣列，簡(jiǎn)單說(shuō)將高頻PCB板集成在普通的PCB基板上實(shí)現天線(xiàn)的功能，需要在較小的集成空間中保持天線(xiàn)足夠的信號強度。77Ghz雷達更高規格的高頻PCB板，77GHz雷達的大范圍運用將帶來(lái)相應高頻PCB板的巨大需求。

相比于第2代LRR需要用幾個(gè)砷化鎵芯片生成、放大并檢測77GHz微波，Bosch第3代LRR極大簡(jiǎn)化了雷達天線(xiàn)PCB板，僅使用1或2個(gè)英飛凌硅鍺芯片。

▲B(niǎo)osch各代LRR雷達拆解圖和RF模組演進(jìn)

（資料來(lái)源：Bosch、中國中投證券研究總部）

車(chē)載雷達前端MMIC芯片和結構圖

雷達天線(xiàn)高頻PCB板和結構圖

（資料來(lái)源：Infineon、Schweizer、中國中投證券研究總部）

車(chē)載毫米波雷達的應用

毫米波雷達目前主要應用于中高端車(chē)型，隨著(zhù)大眾對汽車(chē)主動(dòng)安全性能的認可度增加，ADAS相關(guān)產(chǎn)品將逐漸向低端車(chē)型普及。

完全實(shí)現ADAS各項功能一般需要“1長(cháng)+4中短”5個(gè)毫米波雷達。目前全新奧迪A4采用5個(gè)毫米波雷達（1長(cháng)+4短），奔馳的S級采用7個(gè)毫米波雷達（1長(cháng)+6短）。

以自動(dòng)跟車(chē)型（Stop Go）ACC功能為例，一般需要3個(gè)毫米波雷達。車(chē)正中間一個(gè)77GHz的LRR，探測距離在150-250米之間，角度為10度左右；車(chē)兩側各一個(gè)24GHz的MRR，角度都為30度，探測距離在50-70米之間。

AEB是最有實(shí)際意義的ADAS功能，未來(lái)會(huì )成為中高檔汽車(chē)的標配，需要1個(gè)77GHz LRR。

車(chē)載毫米波雷達技術(shù)發(fā)展趨勢

長(cháng)期來(lái)看，最終車(chē)載毫米波雷達將會(huì )統一于77GHz頻段（76-81GHz），該頻段帶寬更大、功率水平更高、探測距離更遠；相比于24GHz，物體分辨準確度提高2-4倍，測速和測距精確度提高3-5倍，能檢測行人和自行車(chē)；且設備體積更小，更便于在車(chē)輛上安裝和部署。

77GHz頻率范圍是全球裝配永久認可的權威頻段，因此更適用于全球車(chē)輛平臺。其中76-77GHz主要用于長(cháng)距離毫米波雷達，77-81GHz主要用于中短距離毫米波雷達。

未來(lái)79GHz頻段（77-81GHz）中短距離毫米波雷達會(huì )成為中距離MRR的主流，且有望全面替代24GHz短距離雷達，取代周期取決于各國工業(yè)水平、市場(chǎng)趨勢及政策力度。

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