ADAS都這么熱門了，你還不了解毫米波雷達(dá)？

即便你還沒有聽過ADAS，自動(dòng)駕駛你一定不會(huì)陌生。隨著谷歌、百度的自動(dòng)駕駛汽車上路，許多人也對(duì)這項(xiàng)技術(shù)充滿期待。不過目前大部分汽車還處在ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）應(yīng)用普及的階段，在這個(gè)階段中毫米波雷達(dá)就不得不提。

國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)將智能駕駛的等級(jí)分為五個(gè)等級(jí)，目前我們正處于ADAS階段。ADAS（Advanced Driver AssistantSystem）的普及是未來無人駕駛實(shí)現(xiàn)的先行條件，是提高汽車主動(dòng)安全性能的技術(shù)基礎(chǔ)。

ADAS系統(tǒng)分為環(huán)境感知、計(jì)算分析、控制執(zhí)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(yīng)用是未來必然趨勢(shì)，毫米波雷達(dá)將率先成為ADAS系統(tǒng)主力傳感器。那么，毫米波雷達(dá)是什么？

毫米波雷達(dá)是什么？

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

極寬的帶寬：通常認(rèn)為毫米波頻率范圍為26.5～300GHz，帶寬高達(dá)273.5GHz。超過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(dá)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疑極具吸引力。

•波束窄：在相同天線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，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(biāo)或者更為清晰地觀察目標(biāo)的細(xì)節(jié)。

•與激光相比：毫米波的傳播受氣候的影響要小得多，可以認(rèn)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(tǒng)更容易小型化。

由于毫米波雷達(dá)相比厘米波雷達(dá)具有體積小、易集成和空間分辨率高的特點(diǎn)。早期被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，毫米波雷達(dá)傳感器開始應(yīng)用于汽車電子、無人機(jī)、智能交通等多個(gè)領(lǐng)域。車載毫米波雷達(dá)工作的頻段為24GHz和77GHz，少數(shù)國(guó)家（如日本）采用60GHz頻段。

車載毫米波雷達(dá)的原理

根據(jù)輻射電磁波方式不同，毫米波雷達(dá)主要有脈沖體制以及連續(xù)波體制兩種工作體制。

調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)工作原理

車載毫米波雷達(dá)通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標(biāo)反射信號(hào)，經(jīng)后方處理后快速準(zhǔn)確地獲取汽車車身周圍的物理環(huán)境信息（如汽車與其他物體之間的相對(duì)距離、相對(duì)速度、角度、運(yùn)動(dòng)方向等），然后根據(jù)所探知的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識(shí)別分類，進(jìn)而結(jié)合車身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最終通過中央處理單元（ECU）進(jìn)行智能處理。經(jīng)合理決策后，以聲、光及觸覺等多種方式告知或警告駕駛員，或及時(shí)對(duì)汽車做出主動(dòng)干預(yù)，從而保證駕駛過程的安全性和舒適性，減少事故發(fā)生幾率。

車載毫米波雷達(dá)的分類和作用

根據(jù)毫米波雷達(dá)的有效范圍，可以將車載毫米波雷達(dá)分為長(zhǎng)距離雷達(dá)（LRR）和中距離雷達(dá)（MRR）以及短距離雷達(dá)（SRR）。

短距毫米波雷達(dá)的功能

長(zhǎng)距毫米波雷達(dá)的功能

車載毫米波雷達(dá)核結(jié)構(gòu)

MMIC芯片和天線PCB板是毫米波雷達(dá)的硬件核心，以FMCW汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)為例，主要包括天線、收發(fā)模塊、信號(hào)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(tǒng)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(qiáng)等特點(diǎn)。

毫米波雷達(dá)的關(guān)鍵部件前端單片微波集成電路（MMIC）技術(shù)由在國(guó)外半導(dǎo)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(shù)國(guó)外芯片廠商手中。國(guó)內(nèi)的MMIC仍處于起步狀態(tài)，廈門意行和南京米勒為正在研發(fā)雷達(dá)MMIC，相關(guān)性能仍有待驗(yàn)證。

2）雷達(dá)天線高頻PCB板：毫米波雷達(dá)天線的主流方案是微帶陣列，簡(jiǎn)單說將高頻PCB板集成在普通的PCB基板上實(shí)現(xiàn)天線的功能，需要在較小的集成空間中保持天線足夠的信號(hào)強(qiáng)度。77Ghz雷達(dá)更高規(guī)格的高頻PCB板，77GHz雷達(dá)的大范圍運(yùn)用將帶來相應(yīng)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(cè)77GHz微波，Bosch第3代LRR極大簡(jiǎn)化了雷達(dá)天線PCB板，僅使用1或2個(gè)英飛凌硅鍺芯片。

▲Bosch各代LRR雷達(dá)拆解圖和RF模組演進(jìn)

（資料來源：Bosch、中國(guó)中投證券研究總部）

車載雷達(dá)前端MMIC芯片和結(jié)構(gòu)圖

雷達(dá)天線高頻PCB板和結(jié)構(gòu)圖

（資料來源：Infineon、Schweizer、中國(guó)中投證券研究總部）

車載毫米波雷達(dá)的應(yīng)用

毫米波雷達(dá)目前主要應(yīng)用于中高端車型，隨著大眾對(duì)汽車主動(dòng)安全性能的認(rèn)可度增加，ADAS相關(guān)產(chǎn)品將逐漸向低端車型普及。

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

以自動(dòng)跟車型（Stop Go）ACC功能為例，一般需要3個(gè)毫米波雷達(dá)。車正中間一個(gè)77GHz的LRR，探測(cè)距離在150-250米之間，角度為10度左右；車兩側(cè)各一個(gè)24GHz的MRR，角度都為30度，探測(cè)距離在50-70米之間。

AEB是最有實(shí)際意義的ADAS功能，未來會(huì)成為中高檔汽車的標(biāo)配，需要1個(gè)77GHz LRR。

車載毫米波雷達(dá)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

長(zhǎng)期來看，最終車載毫米波雷達(dá)將會(huì)統(tǒng)一于77GHz頻段（76-81GHz），該頻段帶寬更大、功率水平更高、探測(cè)距離更遠(yuǎn)；相比于24GHz，物體分辨準(zhǔn)確度提高2-4倍，測(cè)速和測(cè)距精確度提高3-5倍，能檢測(cè)行人和自行車；且設(shè)備體積更小，更便于在車輛上安裝和部署。

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

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

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