汽車(chē)高級駕駛員輔助系統（ADAS）中不同類(lèi)型雷達傳感器應用的電路材料的選擇方法

　　當多個(gè)雷達目標距離較近時(shí)，例如在道路擁堵時(shí)的兩輛車(chē)，就需要精確的雷達距離分辨率來(lái)區分被探測到的物體?？梢岳幂^短的雷達脈沖探測目標，盡管較短的脈沖或任何類(lèi)型的信號都會(huì )只有較少的能量從目標反射回雷達接收器。通過(guò)使用脈沖壓縮可以將更多的能量添加到更短的脈沖中，其中相位或頻率調制可以提高其功率水平。為此，基于調頻連續波(FMCW)信號(也稱(chēng)為“線(xiàn)性調頻”信號)的雷達通常用于車(chē)輛雷達系統。

　　對目標速度的估計可以通過(guò)多普勒效應來(lái)實(shí)現，多普勒效應是指根據目標相對于雷達發(fā)射機/接收機的運動(dòng)而從雷達獲得的目標反射的信號頻率的變化。多普勒頻移與波長(cháng)成反比：根據雷達目標是接近還是遠離雷達源，分別為取正或負值。

　　FMCW或線(xiàn)性調頻雷達系統可以測量多個(gè)目標的速度，距離和角度。 雖然工作于24GHz下的窄帶(NB)和超寬帶(UWB)FMCW雷達得到了廣泛的應用，但該頻段的應用正在逐漸減少。在車(chē)載安全系統中越來(lái)越多地使用1GHz帶寬的窄帶77-GHz雷達系統。 此外，汽車(chē)行業(yè)正在研究UWB 79-GHz雷達，以備未來(lái)的應用。 CW雷達相對簡(jiǎn)單，可以檢測目標的速度，但不能檢測目標的距離。脈沖連續波雷達還可以使用多個(gè)多普勒頻率估計距離。 脈沖持續時(shí)間和脈沖重復頻率(PRF)是設計性能可靠的脈沖連續波雷達系統的兩個(gè)關(guān)鍵參數。

　　由于脈沖壓縮，FMCW雷達的距離分辨率與FMCW信號的帶寬成反比，而與脈沖寬度無(wú)關(guān)。 短程FMCW雷達使用UWB波形可以高分辨率的測量小距離。 多普勒分辨率是脈沖寬度和用于估計的脈沖數量的函數。任何雷達系統中的雜波都是由感興趣目標以外的物體反射的雷達信號產(chǎn)生的噪聲。在任何雷達系統中，與周?chē)钠渌矬w相比，雷達必須從眾多被雷達信號照射的物體中識別出有效目標。

　　車(chē)載電子安全系統利用其他物理參數(如視覺(jué)和光線(xiàn))向車(chē)輛的ADAS域控制器提供可用數據，域控制器是執行傳感器信息融合以幫助安全引導車(chē)輛的信息處理中心。前置攝像頭用于車(chē)道偏離警告和物體檢測的成像，而后置攝像頭可以根據需要提供反向和附加成像。光檢測和測距(LiDAR，激光雷達)系統將紅外(IR)光的脈沖傳輸到目標(例如另一輛車(chē)或停車(chē)場(chǎng)內的墻壁)，并檢測返回到源的IR脈沖，基于光的傳播速度來(lái)計算源和目標之間的距離。利用關(guān)于IR脈沖的長(cháng)度和波長(cháng)以及從反射并返回到車(chē)輛中的IR檢測器/接收器所需的時(shí)間等細節參量，可以計算IR照射的物體的位置和相對運動(dòng)。不幸的是，車(chē)輛激光雷達系統的性能和有效性極易會(huì )受到環(huán)境條件的嚴重影響，如雪、雨、霧等。

　　車(chē)載雷達系統可以L(fǎng)iDAR系統的方式進(jìn)行工作，但是毫米波頻率的雷達其對應的波長(cháng)更小。車(chē)載雷達被指定在某些特定的頻率范圍內使用，例如在24,77和79GHz。這些頻段已被多個(gè)標準組織批準使用，例如美國的聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC, www.fcc.org)和歐洲的歐洲電信標準協(xié)會(huì )(ETSI,www.etsi.org)都已批準其使用。

　　目前，各種雷達被用作ADAS應用的一部分，FMCW信號由于在測量多目標的速度、距離和角度方面的有效性而得到了廣泛的應用。汽車(chē)雷達有時(shí)會(huì )使用工作于24GHz頻段下的窄帶NB和超寬帶UWB設計。24GHz 窄帶車(chē)載雷達占用從24.05至24.25 GHz的200 MHz范圍，而24 GHz 的超寬帶雷達的總帶寬達5 GHz，從21.65 GHz至26.65 GHz頻段范圍內。窄帶24 GHz車(chē)載雷達系統可提供有效的短距離交通目標檢測，并用于盲點(diǎn)檢測等簡(jiǎn)單功能。超寬帶車(chē)載雷達系統已被應用于更高的距離分辨率功能，如自適應巡航控制(ACC)，前向碰撞警告(FCW)和自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(AEB)

　　然而，隨著(zhù)全球移動(dòng)通信應用繼續消耗“較低”頻率(包括24 GHz附件)的頻譜，車(chē)載雷達系統的頻率變得更高，可用的具有更短的波長(cháng)的毫米波頻譜成為選擇，頻率分別為77和79 GHz。事實(shí)上，日本已不再使用24-GHz超寬帶車(chē)載雷達技術(shù)。根據各地區標準組織ETSI和FCC分別設定的時(shí)間表，它將在歐洲和美國逐步被淘汰，并被更高頻率的窄帶77GHz和超寬帶79GHz車(chē)載雷達系統取代。 77GHz和79GHz雷達將以某種形式作為用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的功能模塊。

　　材料要求

　　自動(dòng)駕駛汽車(chē)將采用許多不同的電子技術(shù)來(lái)提供引導，控制和保障安全，包括使用光和電磁波的傳感器。毫米波頻率的雷達將廣泛使用的信號頻率范圍和電路技術(shù)一度被認為是獨特的、實(shí)驗性的，甚至僅被用于軍事用途的。毫米波雷達使用的增加是越來(lái)越多的電子技術(shù)和電路集成到機動(dòng)車(chē)輛中的一種趨勢，為駕駛員提供方便和支持，使車(chē)輛行駛更安全，并使車(chē)主和操作員從駕駛車(chē)輛的“任務(wù)”中解放出來(lái)。在商用機動(dòng)車(chē)輛中使用高頻電子設備甚至可能觸發(fā)駕駛員與車(chē)輛之間的全新方式。至少，使用毫米波雷達等技術(shù)將改變“駕駛”機動(dòng)車(chē)輛的定義。

　　這些車(chē)載毫米波雷達系統的設計通常以天線(xiàn)開(kāi)始，并且該天線(xiàn)通常是高性能印刷電路板(PCB)天線(xiàn)，它們被安裝在不同位置，通過(guò)發(fā)射和接收低功率毫瓦級毫米波信號來(lái)檢測或“照射”目標。車(chē)輛的雷達和其他電子系統使用不同的方法來(lái)提供關(guān)于機動(dòng)車(chē)周?chē)h(huán)境的信息以供該車(chē)輛的周?chē)矬w檢測和分類(lèi)算法使用。

　　車(chē)載雷達的信號可能是脈沖或調制的CW形式。車(chē)載雷達系統用于24GHz下的盲點(diǎn)檢測已有一段時(shí)間。 然而，隨著(zhù)時(shí)間的推移以及無(wú)線(xiàn)通信等其他功能的頻譜競爭的加劇，車(chē)載雷達系統正在向高頻移動(dòng)，帶寬變窄，如以77GHz為中心的約1GHz寬的頻帶范圍，以及79 GHz頻段。

　　無(wú)論是在24,77或79 GHz，PCB天線(xiàn)的性能對于這些車(chē)載雷達系統來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，它們需要向目標發(fā)射并幾乎瞬間接收如目標是另一輛車(chē)的反射信號。關(guān)鍵的PCB天線(xiàn)性能參數包括增益，方向性和效率，低損耗電路材料對于獲得良好的PCB天線(xiàn)性能至關(guān)重要(圖2)。 PCB天線(xiàn)的長(cháng)期可靠性也非常重要，因為這些緊湊型天線(xiàn)及其高頻收發(fā)電路同時(shí)還必須可持續不間斷地工作(當車(chē)輛運行時(shí))，并能在更具挑戰性的操作環(huán)境——商業(yè)機動(dòng)車(chē)輛——上可靠地運行。

　　圖2：電路材料的低損耗對于PCB天線(xiàn)獲取高增益和方向性至關(guān)重要，尤其是在毫米波頻率下。