除了自動駕駛汽車，毫米波雷達還能這樣玩！

07-24

隨著智能汽車以及自動駕駛技術的興起，車載雷達已經開始成為自動駕駛領域的關鍵性技術。雖然近兩年激光雷達成為了自動駕駛的熱點，但其居高不下的成本，以及在霧霾、雨雪、大霧天氣下，激光雷達無法正常工作等問題，使得毫米波雷達依舊是自動駕駛的主流。

目前眾多的支持ADAS（Advanced Driver Assistance Systems，高級駕駛員輔助系統）的汽車幾乎都配備了多個毫米波雷達感測器。而除了汽車領域之外，在人機交互領域雷達也開始有了新的應用。在日前舉行的 EEVIA 2018年度中國ICT媒體論壇上，全球主要的雷達感測器廠商英飛凌對此進行了詳細的介紹。

雷達的作用級原理

雷達（RADAR）全稱為Radio Detection And Ranging，即用無線電波探測和測距。該技術最早應用于軍用領域，在地面設備、戰機、艦艇上廣泛使用，可以利用無線電波探測敵方目標是否存在，目標的位置、角度/目標方向、距離和速度。

而雷達所能探測到的信息主要取決於雷達的功能和其所支持的運行模式。比如，通過多普勒連續被波（CW）雷達可以探測物體的運動以及運動速度；通過頻移鍵控（FSK）可以探測物體運動、運動速度以及運動中的距離；而通過調頻連續波（FMCW）雷達則可探測物體是否存在、運動、速度和距離。

而且由於雷達採用的是無線電波，所以其對於光線、氣候環境的抗干擾性較強。

在雷達技術進入開始進入民用領域之後，首先在頻率較高的毫米波段，雷達技術開始被應用於汽車領域，依靠其出色的目標探測能力為車輛主動安全服務。

車載雷達系統的硬體部分主要包括：發射機、接收機、信號處理器和天線。發射機是將電能轉化為電磁波信號；而接收機則負責將反射回的電磁波信號轉換為低頻信號；信號處理器再從轉換好的低頻信號中計算出物體的距離和角度等信息。天線則起到信號發射和接收的作用。除了這些硬體之外，雷達還需要軟體演算法以及交互界面。

77GHz雷達和24GHz雷達

在工作頻段方面，目前所有的雷達都在從300MHz到300GHz範圍內的特定頻段上工作。每個國家對這些頻段都有不同的定義。而不同的頻段則對應雷達天線的外形尺寸、應用範圍/距離、全球頻段可用性、其他射頻信號的干擾、波長（頻率越高，波長越短，解析度/精準度越高）。

綜合來看，目前雷達系統一般採用比較多的是24GHz、60GHz、77GHz頻段，主要針對工業、工業自動化和汽車領域。其中，24GHz的波長是1.25cm（雖然24GHz的波長是1.25cm，但是目前業界也依然將其稱之為毫米波），60GHz是5mm，77GHz的波長則更短，只有3.9mm。一般來說，波長越短，解析度/精準度就越高（但是信號易衰減、傳播距離短）。所以，精度更高的77GHz雷達主要被用於汽車領域。

雖然，24GHz毫米波雷達在工業自動化領域，監控、智能開門裝置、無人機、智能家電等領域都有採用。但是，目前24GHz毫米波雷達和77GHz毫米波雷達一樣也都有被廣泛用於汽車領域。那麼二者又有何不同呢？

首先，77GHz毫米波雷達的體積更小。24GHz毫米波雷達和77GHz毫米波雷達的性能及演算法其實相差不遠，更主要的差距還是在雷達體積上。由於24GHz雷達的頻率更低波長更長，因此雷達所需要的天線就更長，做成小體積雷達的難度就更高，因此24GHz毫米波雷達會比77GHz毫米波雷達的體積更大，在追求美觀與輕量化的車載領域體積是個關鍵問題。第二，24GHz毫米波雷達的射頻晶元相對77GHz雷達射頻晶元更易獲取。各大廠商經過多年對24GHz毫米波雷達的研發，市場上24GHz毫米波雷達的產品體系已經相對成熟，供應鏈已經相對穩定。在國內，24GHz的核心晶元射頻晶元能從飛思卡爾等晶元供應商獲得。但是，目前在全球範圍內77GHz毫米波雷達晶元並沒有穩定的供應體系，由於相關知識產權與合作協議的原因，飛思卡爾、英飛凌、意法半導體等晶元商對中國並沒有放開77GHz雷達晶元的供應，因此國內77GHz毫米波雷達的開發受到很大限制。第三，77GHz毫米波雷達的檢測精度更好。相比於24GHz雷達，77GHz雷達的波長更小，雖然繞射能力比24GHz雷達要弱，但是其檢測精度更高。因此未來對於檢測精度精益求精的自動駕駛來說，77GHz毫米波雷達無疑更具有一定優勢。第四，77GHz毫米波雷達所需要的工藝更高。77GHz毫米波雷達最大的製造難度體現在其工藝上，77GHz毫米波雷達由於體積小，其線路板的面積很小，因此射頻線路的設計難度非常高，成片的成品率也比較低。而國內對77GHz射頻線路設計的經驗相對匱乏。

所以，總體上來看，雖然77GHz雷達性能更好，體積更小，但是技術和製造工藝要求較高，供應鏈也並未完全成熟，成本也較高。而24GHz毫米波雷達性能雖然體積相對較大，但是性能也並不差，而且技術工藝和供應鏈相對都比較成熟，成本也較低。

「每個國家對這些頻段都有不同的定義。現在你可以看到微波爐是2.4GHz，在手機部分也是2.xGHz到3.xGHz，5G部分有sub-6GHz。對於雷達來說，24GHz和60GHz這個是已經被分配給工業這個部分來使用，這是你可以自由去使用，不需要付錢的一個頻段。針對汽車，可以看到是在77GHz。這是在各個不同的國家和法規上面比較清楚定義的一個頻段。」英飛凌電源管理及多元化市場事業部大中華區——射頻及感測器部門總監麥正奇解釋到。

根麥正奇介紹，英飛凌在雷達領域已經有10年的豐富經驗，涉足了從汽車到工業的多個市場。目前英飛凌在汽車雷達市場份額全球排名第一（77GHz和24GHz毫米波雷達都有），雷達感測器晶元銷量已超過4500萬顆。

毫米波雷達新應用：人機交互

60GHz雷達由於擁有頻率高、波長短、精度高等特性，除了在我們前面提到的一些3C產品、智能家居或者醫療等相關領域有應用之外，也可以被用於它做一些生命特徵感測功能，用於人機交互領域。

其主要特性和優點有：可穿透材料進行信號傳輸，所以可以隱藏在設備外殼內；同時由於採用的是短波長，所以天線也可以集成在封裝內，這也使得系統設計外型可以更加小巧；最主要的是，60GHz雷達擁有高達7GHz的帶寬，可以實現亞微米級的解析度，所以能夠辨識最輕微的動作，可以在物體移動或者是手勢變化時，給予一些更精準的回饋。