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PCB資訊

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帶你瞭解什麼是毫米波雷達
2022-06-24
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什麼是毫米波雷達?

毫米波是指波長在1-10mm之間的電磁波。波長短,頻帶寬。實現窄波束相對容易,雷達解析度高,不易受干擾。毫米波雷達是測量被測物體的相對距離、當前速度和方位的高精度感測器,早期用於軍事領域,隨著雷達技術的發展和進步,毫米波雷達感測器開始應用於汽車電子和無人機 、智慧交通等領域。
目前各國對車載毫米波雷達分配的頻段各有不同,但主要集中在24GHz77GHz,少數國家(如日本)採用60GHz頻段。由於77G相對於24G的諸多優勢,未來全球車載毫米波雷達頻段會趨同於77GHz頻段(76-81GHz)。

車載毫米波雷達原理

車載毫米波雷達通過天線向外發射毫米波,接收來自目標的反射信號,經過後方的處理後快速準確地獲取車身周圍的物理環境資訊(如汽車與其他物體之間相對距離、相對速度、角度、運動方向等),然後根據檢測到的物體資訊進行目標追蹤和識別分類,再結合車身動態資訊進行資料融合,最後通過中央處理器(ECU)進行智慧處理。經過合理決策後,通過聲、光、觸覺等多種方式進行通知或警告駕駛員,或及時對汽車做出主動干預,以保證駕駛過程的安全性和舒適性,降低事故發生的概率。



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根據輻射電磁波的方式不同,毫米波雷達主要有脈衝制和連續波制兩種工作制。其中,連續波又可分為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。

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由於能夠測量多目標、解析度高、信號處理複雜度低、成本低、技術成熟,FWCW雷達已成為最常用的車載毫米波雷達FMCW雷達系統主要包括收發天線、射頻前端、調製信號、信號處理模組等。毫米波雷達通過對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、相對速度等。

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毫米波雷達發展現狀

目前毫米波雷達主要有24GHz77GHz兩種。 24GHz雷達測量距離短(5-30m),主要用於汽車後方; 77GHz雷達測量距離比較長(30-70m),主要用於汽車前部和側面。毫米波雷達主要包括雷達射頻前端、信號處理系統、後端演算法三部分。在現有產品中,雷達後端演算法的專利授權費約占成本的50%,射頻前端約占成本的40%,信號處理系統約占10%的成本。

1、射頻前端通過發射和接收毫米波獲得中頻信號,並從中提取距離、速度等資訊。因此,射頻前端直接決定了雷達系統的性能。目前毫米波雷達的射頻前端主要是平面積體電路,有混合微波積體電路(HMIC)和單片微波積體電路(MMIC)兩種形式。其中,MMIC形式的RF前端成本低,良率高,適合量產。在生產工藝上,一般採用外延MESFETHEMTHBT等器件工藝。其中GaAs基的HEMT工藝最為成熟,雜訊性能優異。

2、信號處理系統也是雷達的重要組成部分。通過嵌入不同的信號處理演算法,提取從射頻前端採集的中頻信號,獲得特定類型的目標資訊。信號處理系統一般以DSP為核心來實現複雜的數位信號處理演算法滿足雷達即時性要求。

3. 後端演算法在整個毫米波雷達成本中占比最高。對於毫米波雷達,國內研究人員從頻域、時域、時頻分析等多個角度提出了大量演算法,離線實驗的準確率也很高。然而國內的雷達產品主要採用基於頻域的快速傅裡葉變換及其改進演算法進行分析。測量精度和適用範圍有一定的局限性,而國外演算法受專利嚴格保護,價格昂貴。

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、毫米波雷達可實現自動駕駛多種功能。 ADAS使用的感測器主要有攝像頭、毫米波雷達、鐳射、超聲波、紅外等,毫米波雷達傳輸距離遠,傳輸窗口內大氣衰減和損耗小,穿透力強。能滿足車輛對全天候氣候的適應性要求。毫米波本身的特性決定了毫米波雷達感測器器件尺寸小、重量輕等特性。彌補了攝像頭、鐳射、超聲波、紅外等感測器在車載應用中所不具備的使用場景。

在汽車上安裝毫米波雷達,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。毫米波雷達可用於實現自我調整巡航控制(AdaptiveCruiseControl)、前向防碰撞警告(ForwardCollisionWarning)、盲點檢測(BlindSpotDetection)、輔助泊車(Parkingaid)、輔助變道(Lanechangeassistant)、自動巡航控制(ACC)和其他高級駕駛輔助系統 (ADAS) 功能。更常見的汽車毫米波雷達工作在 24GHz 77GH 左右的頻率。 24GHz雷達系統主要實現短距離探測(SRR),而77GHz系統主要實現遠端探測(LRR)。

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、毫米波雷達市場空間廣闊。由於國家汽車安全標準的不斷提高,致使主動安全技術高級駕駛輔助系統(ADAS)近年來呈現出快速發展的趨勢。汽車毫米波雷達因其可全天候工作,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為1900萬個。據市場研究機構預測,到2020年全球汽車毫米波雷達市場規模將達到近7000萬個,2015-2020年年均複合增速約為24 %

由於毫米波收發信號的頻率為24GHz77GHz雷達PCB高頻電路包括時鐘、信號調製、功放、濾波器、天線等部分,對PCB板和製造工藝有較高的要求。因此,汽車雷達線路板將帶來更高的價值。 高頻PCB通常需要填充 PTFE 的陶瓷和玻璃材料才能滿足高於 77GHz 的設計要求。