毫米波雷达核心技术:24GHz和77GHz主流产品较成熟
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毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达,毫米波是在30~300GHz频域(波长为1~10mm)的电磁波,属无线电波的短波段。毫米波雷达通过发射与接收微波来感应物体,利用发送与接收信号的频率差,通过多普勒原理计算出物体运动的存在、速度、方向、距离、所处角度,来达到行车预警的功能。
红外线与毫米波的波谱图位置

毫米波雷达工作原理

利用毫米波雷达实现ACC功能

毫米波雷达的适用场景广、全天候等优质性能使其成为汽车主动安全领域的标配传感器。同超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点,能适用于雨雪天气等使用场景。另外,毫米波雷达的抗干扰能力、稳定性也优于其他车载传感器,已成为业界公认的主流选择。其局限性在于无法进行物体颜色识别;视场角较小,一般需要多个雷达组合使用;行人的反射波较弱,难以识别。毫米波雷达可实现向前碰撞预警(FCW)、自适应巡航(ACC)、自动紧急刹车(AEB)、车道保持系统(LKS)、盲点监测(BSD)等主动安全功能。
毫米波雷达核心部件MMIC和PCB板长期受制于国外厂商。汽车毫米波雷达系统主要包括天线、收发模块、信号处理模,而前端单片微波集成电路(MMIC)和天线PCB板是毫米波雷达的硬件核心。
MMIC技术主要由在国外半导体公司英飞凌、ST、恩智浦(飞思卡尔)等极少数芯片厂商手中,77GHz的射频芯片目前还难大规模取得,国内外水平相差依然较大。天线PCB板方面,Schweizer市占率有30%。沪电股份2014年开始与Schweizer合作切入车载PCB领域,并增持Schweizer4.5%股份。目前,国内24G/77GHz的MMIC已取得一些突破,厦门意行24GHz的MMIC量产并试用中,但77GHz的MMIC仍在研制中。
MMIC技术主要由在国外半导体公司英飞凌、ST、恩智浦(飞思卡尔)等极少数芯片厂商手中,77GHz的射频芯片目前还难大规模取得,国内外水平相差依然较大。天线PCB板方面,Schweizer市占率有30%。沪电股份2014年开始与Schweizer合作切入车载PCB领域,并增持Schweizer4.5%股份。目前,国内24G/77GHz的MMIC已取得一些突破,厦门意行24GHz的MMIC量产并试用中,但77GHz的MMIC仍在研制中。
24GHz和77GHz毫米波雷达没有本质区别,国内外主流方案24GHz用于短中距离雷达(MRR,15-30米),77GHz用于长距离雷达(LRR,100-200米)。目前主流使用的车载毫米波雷达按照其频率不同,主要可分为两种:24GHz和77GHz。(1)从应用范围来看:全球超过150多个国家开放24GHz频段,77GHz也有近百个国家开放频段,我国工信部也已将24GHz、77GHz频段无线电频谱资源划分给汽车电子测距雷达。(2)77GHz优点在于:频率越高,波长下降,天线尺寸下降,体积越小,安装多级天线时,性能更好;而且带宽越高,分辨率越高。(3)77GHz缺点在于:频率越高,传输损耗也大,探测距离比24GHz小;而且77GHz长距雷达制作工艺要求高、芯片价格更昂贵,目前,77GHz一颗约100-130美元,24GHz一颗大约80美元。总之,24GHz和77GHz毫米波雷达能实现的功能基本一致,但出于体积和分辨精度优势,未来77GHz仍是主流发展方向。但在国内由于技术处起步阶段,24GHz仍是这几年研发重点。
长距雷达与中短距雷达的安装示意图

长距雷达与中距雷达的适用性

标配:1-2个77GHz长距雷达(LRR)+4个24GHz中距雷达(MRR)。MRR和LRR均可实现自适应巡航和自动紧急刹车功能,MRR由于探测距离相对较短,但优势在于探测角度较大,可以对前方变道车辆提早预测,而且成本相对较低。目前这类产品已经逐步开始在紧凑型以及中型车上普及,比如高尔夫7上的ACC自适应巡航就是由MRR实现。LRR的优势在于它的可探测距离比较远,适用速度能达到250km/h,但在绝大部分有限速的国家,使用成本相对更低的中距雷达来实现ACC自适应巡航功能更划算。一般情况,77GHz用于LRR,24GHz用于MRR,德国中高端车型很多都使用“1-2个77GHz+4个24GHz”的配置。
MRR和LRR毫米波雷达在汽车上的应用

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