雷達作為最初的軍用設備如今已經普及到商用市場，廣泛應用于工業、通信、消費等各領域，那么，究竟什么是雷達呢？

簡言之，雷達（Radio Detection andRanging）是用無線電的方法發現目標并測定它們的空間位置，是利用電磁波偵測目標的電子設備。主要通過多普勒頻移公式推算物體的速度、通過電磁波測得值計算目標距離或范圍、通過天線相位差計算目標方向及角度、通過FMCW（FrequencyModulated Continuous Wave，調頻連續波）計算目標位置，這使得其有諸多不同應用方向，包括發展火熱的無人駕駛、無人飛機，甚至智能手機及穿戴設備上的手勢識別等。

另外，由雷達測算諸多物理量的信息可以看出，對于設計而言，雷達除了需要有完整的硬件組成，演算及算法也是重要部分。

作為有超過十年的雷達應用經驗，在汽車雷達中24GHz和77GHz見長的英飛凌，其電源管理及多元化市場事業部大中華區射頻及傳感器部門總監麥正奇先生在第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產業和技術展望討論會上就雷達的技術、發展及應用做了詳盡的介紹。

硬件組成

如圖1所示為雷達系統的基本硬件組成，包括發射機、接收機、信號處理器及天線。在雷達工作時，發射機生成射頻電信號，通過天線將電信號（電能）轉化為電磁波發出，另一個雷達的接收機接收到射頻信號后，將射頻電信號轉換為低頻信號，再由信號處理器從信號中抽取距離、速度和角度等信息完成工作回路。當然，要真正操作雷達，還需要有內部算法和GUI界面。

圖1 雷達系統的基本硬件組成

工作模式

根據功能的不同，雷達可以分為多種工作模式，其中，表1給出了三種工業雷達主要應用的工作模式。

表1 三種工業雷達主要應用的工作模式

就不同功能和應用而言，當你的設計只需要偵測物體速度或運動時，在算法部分可以用簡單的多普勒效應實現，這也相對容易實現；當你的設計還需要偵測物體距離時，就必須要用FSK才能實現；當你的設計還需要偵測靜態物體的存在感，就必須要用FMCW。相應的算法復雜度依次為：CW——FSK——FMCW，隨著算法復雜程度的不斷加深，解決方案的成本及其運算功耗也相應增長，因而復雜算法應用一直是雷達應用的一個較大的挑戰。

毫米波雷達

毫米波是指波長為1～10mm的電磁波，它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，因而兼有兩種波譜的特點。目前毫米波主要有數據傳輸和雷達偵測兩大方面的應用。其中，在雷達方面，盲點偵測（BSD）是其快速增長的一個應用，而其主要應用在汽車工業上，如圖2所示為全球24GHzBSD的需求趨勢。

圖2 全球24GHz BSD需求趨勢圖

由圖2可以看到，2017年有2.18億顆傳感器應用在在這個BSD上面，因而市場對于毫米波雷達的需求量大大上升。就BSD來看，隨著產品的成熟和競爭力的提升，毫米波雷達在2020年之后會進入一個快速發展期。

毫米波雷達面臨的三大挑戰

毫米波雷達的應用現在也存在三大挑戰。

在業界上部分應用已經被一些紅外線、激光雷達、獨立的解決方案所取代。雖然就市場來看，毫米波雷達的市場仍然不斷增長，但部分應用被其他方案取代也不容忽視。

定制化算法的需求。這也是毫米波雷達應用的主要挑戰，不同應用需要不同的算法，而不同的算法又需要不同的專家來做研發，這為毫米波雷達具體應用的研發帶來了很大的困擾。

毫米波頻段法規尚不明確。因為毫米波是一個比較高頻的頻段，而在無線電的規范上，各個國家、區域所制定的法規和政策其實還沒有很完整地定義下來，尤其是在這些毫米波還沒有真正被大量使用的波段。5G可能也會用到毫米波，它可能會用到28GHz、29GHz、39GHz等不同頻段，頻段和頻段之間如何分別做出一些不同的定義和規范，這些都是隨后制定的相關法規明確規定。

頻段選用

所有雷達都工作在300MHz到300GHz范圍內的特定頻段上工作，其中日常應用主要用到的是2.4GHz~200GHz頻段（如圖3），而每個頻段都在諸如天線尺寸、應用范圍、波長、穿透力上對雷達產生影響，同時，每個國家對這些頻段也都有不同的定義。例如，微波爐應用在2.4GHz，手機應用大概在2GHz~3GHz范圍內，工業主要應用在24GHz和60GHz，汽車主要應用在77GHz。

圖3 各應用的工作頻段

其中，頻率越高，波長越短，而波長越短，其分辨率和準確度會越高，其中常見的24GHz的波長是31.25px，60GHz是5mm，2.4G你看它的波長是312.5px，雷達正是利用短波特性應用在不同場景中的。

24GHz及60GHz雷達應用于智能領域

現在討論較多的是應用諸多智能化新興應用領域的24GHz和60GHz雷達。

其中，24GHz主要實現空間和運動感測，包括應用于智慧家庭、智慧樓宇、智能家電智能監控等，應用于人員/物體存在、計數、位置、速度，以及防撞和生命體征感測，例如有些人也將24GHz雷達應用于醫療領域，用于偵測心跳、呼吸等體征信息。其中，雷達天線設計比較靈活，工程師可以根據不同的場景做不同的天線設計。

60GHz雷達的頻率更高，波長更短，因而不僅可以應用在24GHz適用的場景，同時由于其天線可以設計地更小，受外界的環境干擾更小，在人機交互和手勢識別上更有優勢。

其中，在手勢識別上英飛凌與谷歌高級技術與項目（ATAP）小組在ProjectSoli合作項目中共同開發出基于雷達的感測解決方案IC，其主要運用英飛凌的60GHz雷達設計的小型傳感器，可以用在手機或可穿戴設備中做手勢識別。

圖4英飛凌的60GHz雷達設計的小型傳感器應用

車用雷達的發展趨勢

車用雷達隨著自動駕駛的發展也再次被大量應用，而就世界主流汽車工業來看，目前前裝部分一定是用77GHz雷達，而在側邊及倒車橫向的偵測大部分都是使用24GHz雷達，這是目前全世界汽車工業的主流。在國內，前裝仍是77GHz為主流，后裝市場現在是在用24GHz，但是在前裝市場可能會考慮到77GHz和24GHz雷達共同開發。而談到未來是否會用77GHz做一個完整的方案，麥正奇表示，我們跟汽車工業組也做了很多的探討，從技術上來看，短期內很難完成，我們認為在接下來的7年內汽車側邊防撞還是以24GHz雷達為主，因為它畢竟有一個價格上面或者技術成熟上面的優勢，可能未來77GHz延伸到側邊或者是它的后邊橫向防撞，不過還是要根據后面的法規來看。

英飛凌加強與國內廠商合作 ?

麥正奇先生表示，英飛凌提供完整的雷達解決方案，所以我們必須要跟一些合作伙伴共同發展，尤其是在軟件及應用部分。24GHz雷達應用方面，在安防應用、盲點偵測和智能家居都有一些成功的案例，已經完成了整個方案和產品的設計，也有在市場推廣。在未來我們也會持續不斷地與更多中國先進廠商，用更多不同的先進想法將毫米波雷達延伸應用到工業4.0、智能制造、人機交互、醫療等各領域，這也是我們這兩年來琢磨在中國市場的一個重點。