什么是毫米波雷達

毫米波是指波長介于1-10mm的電磁波，波長短、頻段寬，比較容易實現窄波束，雷達分辨率高，不易受干擾。毫米波雷達是測量被測物體相對距離、現對速度、方位的高精度傳感器，早期被應用于軍事領域，隨著雷達技術的發展與進步，毫米波雷達傳感器開始應用于汽車電子、無人機、智能交通等多個領域。

目前各個國家對車載毫米波雷達分配的頻段各有不同，但主要集中在24GHz和77GHz，少數國家（如日本）采用60GHz頻段。由于77G相對于24G的諸多優勢，未來全球車載毫米波雷達的頻段會趨同于77GHz頻段（76-81GHz）。

車載毫米波雷達的原理

車載毫米波雷達通過天線向外發射毫米波，接收目標反射信號，經后方處理后快速準確地獲取汽車車身周圍的物理環境信息（如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運動方向等），然后根據所探知的物體信息進行目標追蹤和識別分類，進而結合車身動態信息進行數據融合，最終通過中央處理單元（ECU）進行智能處理。經合理決策后，以聲、光及觸覺等多種方式告知或警告駕駛員，或及時對汽車做出主動干預，從而保證駕駛過程的安全性和舒適性，減少事故發生幾率。

毫米波雷達工作路徑簡圖

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。其中連續波又可以分為FSK（頻移鍵控）、PSK（相移鍵控）、CW（恒頻連續波）、FMCW（調頻連續波）等方式。

由于可測量多個目標、分辨率較高、信號處理復雜度低、成本低廉、技術成熟，FWCW雷達成為最常用的車載毫米波雷達，德爾福、電裝、博世等Tier1供應商均采用FMCW調制方式。

FMCW雷達系統主要包括收發天線、射頻前端、調制信號、信號處理模塊等。毫米波雷達通過接收信號和發射信號的相關處理實現對目標的探測距離、方位、相對速度。

毫米波雷達發展現狀

目前，毫米波雷達主要為24GHz和77GHz。

24GHz的雷達測量距離較短（5～30m），主要應用于汽車后方；77GHz的雷達測量距離較長（30～70m），主要應用于汽車前方和兩側。毫米波雷達主要包括雷達射頻前端、信號處理系統、后端算法三部分。在現有的產品中，雷達后端算法的專利授權費用約占成本的50%，射頻前端約占成本的40%，信號處理系統約占成本的10%。

1、射頻前端

射頻前端通過發射和接收毫米波，得到中頻信號，從中提取距離、速度等信息。因此，射頻前端直接決定了雷達系統的性能。當前毫米波雷達射頻前端主要為平面集成電路，有混合微波集成電路（HMIC）和單片微波集成電路（MMIC）兩種形式。其中，MMIC形式的射頻前端成本低，成品率高，適合于大規模生產。在生產工藝上，一般采用的是外延MESFET、HEMT和HBT等器件工藝。其中，GaAs基的HEMT工藝最為成熟，具有優秀的噪聲性能。

2、信號處理系統

信號處理系統也是雷達重要的組成部分，通過嵌入不同的信號處理算法，提取從射頻前端采集得到的中頻信號，獲得特定類型的目標信息。信號處理系統一般以DSP為核心，實現復雜的數字信號處理算法，滿足雷達的實時性需求。

3、后端算法

后端算法占整個毫米波雷達成本的比例最高。針對毫米波雷達，國內研究人員從頻域、時域、時頻分析多個角度提出了大量的算法，離線實驗的精度也較高。但是，國內的雷達產品主要采用基于頻域的快速傅里葉變換及其改進算法進行分析，測量精度和適用范圍有一定局限性而國外算法受專利嚴格保護，價格非常昂貴。

毫米波雷達市場概況及未來發展前景

1、毫米波雷達可以實現自動駕駛多種功能

ADAS采用的傳感器主要有攝像頭、毫米波雷達、激光、超聲波、紅外等。毫米波雷達傳輸距離遠，在傳輸窗口內大氣衰減和損耗低，穿透性強，可以滿足車輛對全天氣候的適應性的要求，并且毫米波本身的特性，決定了毫米波雷達傳感器器件尺寸小、重量輕等特性。很好的彌補了攝像頭、激光、超聲波、紅外等其他傳感器，在車載應用中所不具備的使用場景。

把毫米波雷達安裝在汽車上，可以測量從雷達到被測物體之間的距離、角度和相對速度等。利用毫米波雷達可以實現自適應巡航控制（AdaptiveCruiseControl），前向防撞報警（ForwardCollisionWarning），盲點檢測（BlindSpotDetection），輔助停車（Parkingaid），輔助變道（Lanechangeassistant），自主巡航控制（ACC）等高級駕駛輔助系統（ADAS）功能。比較常見的汽車毫米波雷達工作頻率在24GHz和77GH附近。24GHz雷達系統主要實現近距離探測（SRR），而77GHz系統主要實現遠距離的探測（LRR）。

2、毫米波雷達市場空間廣闊

由于各國汽車安全標準的不斷提高，導致主動安全技術高級駕駛輔助系統（ADAS）近年來呈快速發展趨勢。汽車毫米波雷達因為能夠全天候工作，已成為汽車電子廠商公認的主流選擇，擁有巨大的市場需求。2014年全球汽車毫米波雷達市場出貨量在1900萬個，據市場研究機構PlunkeetResearch預測，預計到2020年全球汽車毫米波雷達將近7000萬個，2015-2020年的年均復合增速約為24%。目前汽車毫米波雷達市場主要被大陸、博世、天合、海拉等歐美廠商占據。

目前汽車毫米波雷達處于高速發展中，一般支持ADAS功能的汽車會使用2或3個毫米波雷達，全新奧迪A4使用5個毫米波雷達，奔馳的S級汽車采用7個毫米波雷達，預計未來單車采用毫米波雷達的平均數量將繼續增長，對于汽車雷達PCB的需求也將快速增長。

由于毫米波發送和接收信號的頻率為24GHz和77GHz，并且雷達PCB高頻電路包括時鐘、信號調制、功放、濾波器、天線等部分，對PCB板材和制造工藝都有較高的要求。因此，汽車雷達PCB會帶來更高的價值量。以占全球高頻PCB市場30%的Schweizer為例，ElectronicAG的高頻PCB通常需要PTFE填充陶瓷和玻璃材料才可以滿足高于77GHz的設計需求。