攝像頭、激光雷達、毫米波雷達這三種智能汽車上最常見的傳感器，各有優缺點。通常是將三個傳感器疊加在一起，發揮更大的作用。攝像頭是被動傳感器，能識別豐富的色彩信息，但受光線影響顯著，在一些光線不好的環境下置信度相對較低。激光雷達不論是從測距能力、置信度、可感知物體細節，綜合實力都很出色，可能最大的缺點，就是有點“貴”。毫米波雷達的置信度高，是智能駕駛系統中用于環境傳感不可或缺的傳感器，具有防撞、自動泊車、行人檢測等諸多功能，這對于減少交通事故、保護行人和乘客的生命財產安全具有重要意義。

　　圖1、三種傳感器方案對比

　　毫米波雷達的工作原理是，通過向外界發射電磁波，從而探測目標的反射信號，根據發射和接收毫米波的時間差來推算探測目標與信號發出點的相對距離。毫米波雷達是一種使用毫米波段進行測距、探測、跟蹤、成像的主動傳感器。它可主動發射電磁波，穿透煙塵，幾乎不受光線和天氣影響，幫助車輛實時感知周圍物體并提供較為準確的距離和速度信息。

　　圖2、毫米波雷達

　　根據多普勒效應，毫米波雷達還能通過接收時間和頻率的變化，探測出與目標之間的相對速度;通過并列接受天線的幾何距離，和同一個探測目標反射波的相位差，計算出目標的方位角，進而就可以根據角度來確定目標的具體方位。

　　圖3、多普勒效應

　　毫米波，英文名稱為Millimeter Wave，縮寫為MMW，波長為1～10毫米，頻率為30~300GHz的電磁波。毫米波的頻率介于微波和紅外線之間，因此兼有這兩種波譜的優點，同時具有自己的特性：

　　① 與微波相比，具有體積小、質量輕和分辨率高的優點;② 與紅外、激光相比，穿透煙、霧、灰塵能力強，傳輸距離遠，具有全天候全天時的特點;③ 性能穩定，不受目標物體形狀和顏色的干擾。因此，毫米波雷達很好彌補了紅外、激光、超聲波、攝像頭等其他傳感器在車載應用中所不具備的使用場景。

　　圖4、毫米波雷達應用

　　毫米波雷達根據雷達工作系統的性質可分為脈沖雷達和連續波雷達。連續波雷達的工作模式又分為恒頻連續波(CW)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)、調頻連續波(FMCW)、快速調頻連續波(FCM-FMCW)等方法。根據平臺分類，可分為車載毫米波雷達、艦載毫米波雷達、機載毫米波雷達、星載毫米波雷達等。根據雷達測距的不同要求，毫米波雷達可分為遠程雷達(LRR)、中程雷達(MRR)和短程雷達(SRR)。

　　圖5、不同類型的毫米波雷達

　　此外，根據應用領域，毫米波雷達可分為制導雷達、火控雷達、目標探測雷達、毫米波地球觀測雷達、毫米波接近探測雷達等。3D毫米波雷達是指可以感測距離、移動速度、水平角度3個維度信息的毫米波雷達。4D毫米波雷達，則比3D毫米波雷達多了一個“D”——俯仰角，也就是高度信息。雖然只多出一個維度，但對于毫米波雷達來說，其意義巨大。毫米波雷達主要由高頻PCB天線、射頻前端收發組件、數字信號處理器及雷達控制電路等部分組成。下圖為某毫米波雷達的實物拆解圖，其中微帶貼片天線和前端收發組件MMIC為核心部件，信號處理器集成在了前端收發組件上。

　　圖6、毫米波雷達組成

　　毫米波雷達的硬件BOM拆分：射頻前端收發組件MMIC(包括發射、接收、及信號處理器)的成本約占50%、高頻PCB天線(包括接收、發射天線)的成本約占20%、數字信號處理器(DSP/FPGA)的成本約占20%;雷達控制電路及其它硬件成本約占10%。MMIC芯片是毫米波雷達成本中最重要組成部分。

　　圖7、毫米波BOM成本組成

　　① 射頻前端收發組件MMICMMIC是毫米波雷達的核心部分，主要負責毫米波信號的調制、發射、接收以及回波信號的解調。收發組件包含了放大器、振蕩器、開關、混頻器等多個電子元器件，常采用單片微波集成電路(MonolithicMicrowave Integrated Circuit，MMIC)。MMIC，屬于半導體集成電路的一種技術，能降低系統尺寸、功率和成本，還能嵌入更多的功能。在毫米波雷達CMOS工藝、AiP封裝技術走向成熟并大量應用的背景下，毫米波雷達已逐步從不同模塊分立向模塊高度集成的“毫米波雷達SoC”形態進化。毫米波雷達SoC技術將收發模塊(MMIC、RF)和處理模塊(DSP、MCU)集成于同一塊芯片中，充分滿足汽車及IoT行業對于整體小型化、集成化要求，是毫米波雷達產品形態的一次巨大提升，并使產品的平臺化、系列化發展和下游模組研發變得更容易。MMIC原廠有英飛凌、德州儀器、意法半導體、亞德諾、恩智浦、安森美、Arbe、Uhnder、RFISee、VAYYAR、索喜、英特爾/Mobileye、富士通、瑞薩/Steradian、微度芯創、微遠芯、加特蘭、潤積電、矽杰、意行半導體、斯凱瑞利、岸達、邁矽科、圭步微、晟德微、正和微芯、問智微、中國電科38所等。② 高頻PCB天線天線主要用于發射和接收毫米波，由于毫米波波長只有幾個毫米，而天線長度為波長1/4時，天線的發射和接收轉換效率最高，因此天線尺寸可以做的很小，同時還可以使用多根天線來構成陣列。目前主流天線方案是采用微帶陣列，即在印刷電路PCB板上，鋪上微帶線，形成“微帶貼片天線”，以滿足低成本和小體積的需求。按照天線模式可分為遠程雷達(開口約 30°，200m)、中程雷達(開口約 60°，100m)和近程雷達(開口約 120°，30m)。

　　圖7、毫米波評估板(圖源：TI)

　　天線設計是各家雷達廠商能夠做出差異化的關鍵環節之一，決定了方位角和俯仰角性能(視場角、角分辨率、角度精度)。天線高頻PCB板原廠有羅杰斯、羅德與施瓦茨、泰康尼、Isola、松下電工、雅龍、滬電、生益科技、深南電路、四會富仕等。③ 數字信號處理器數字信號處理器通過嵌入不同的信號處理算法，提取從前端采集得到的中頻信號，獲得特定類型的目標信息。毫米波雷達的數字處理主要算法包括：陣列天線波速形成和掃描算法、信號預調理、雜波處理算法、目標檢測 / 測量的算法、目標分類與跟蹤算法以及信息融合算法。數字信息處理是毫米波雷達穩定性、可靠性的核心。 數字信號處理器集成了CPU、雷達信號專用處理單元、存儲單元(SRAM、Flash、DDR/LPDDR)，其中雷達信號專用處理單元可以是FPGA、DSP、或者專用單元。DSP芯片原廠有英飛凌、德州儀器、意法半導體、亞德諾、恩智浦、Arbe、瑞薩、加特蘭、昱感微、海思、中國電科等。FPGA芯片原廠有AMD/賽靈思、英特爾/阿爾特拉、微芯/美高森美、萊迪思等。④ 雷達控制電路雷達控制電路根據信號處理器獲得的目標信息，結合雷達終端動態信息進行數據融合，最終通過主處理器進行智能處理，對雷達終端前方出現的障礙物進行分析判斷，迅速做出處理和發出指令，及時傳輸給報警顯示系統和制動執行系統。雷達控制電路主要由MCU、模數轉換器(ADC)和時鐘等模擬組件組成。

　　低成本、小型化、高性能、低功耗是SoC集成最大優勢，也符合車載4D毫米波雷達未來的發展趨勢。SoC集成：SoC(SystemonaChip)是指將多個電子元件、模塊或者子系統集成到一塊芯片上的技術，毫米波雷達則是將MMIC，DSP，MCU集成在單顆SoC芯片里。

　　為了滿足不同距離范圍的探測需要，一輛汽車上會安裝多顆短程(SRR)、中程(MRR)和長程(LRR)毫米波雷達。其中24GHz雷達主要實現近程(Short Range Radar)和中程探測(Middle Range Radar)，可用于汽車盲點監測、車道偏離預警、泊車輔助等功能。而77GHz雷達主要實現遠程探測(Long Range Radar)，可用于自動緊急制動、自適應巡航、前向碰撞預警等主動安全領域的功能。

　　下圖為奔馳S搭載6個毫米波雷達，包括5個短程雷達和1個長程雷達，分別安裝在汽車不同部位，以實現泊車輔助、主動巡航控制、制動輔助等功能。

　　圖8、毫米波雷達在汽車上的應用

　　據Yole Développement預測，全球毫米波雷達市場規模將從2022年的18億美元，增加到2025年的30億美元，年復合增長率約18.56%。從裝車數量來看，佐思汽車研究數據顯示，2022年中國乘用車市場的毫米波雷達裝車總量達1648.2萬顆，同比增長34.5%;2022年毫米波雷達裝配車型達到867.0萬輛，同比增長21.9%，占整體乘用車銷量的43%。從配置策略上看，4顆和5顆毫米波雷達方案增速最快，分別為87.2%、107.9%。如今國內外毫米波雷達供應商已有百余家，4D成像雷達市場剛剛起步，毫米波雷達測速和測距性能進步主要取決于MMIC芯片和射頻天線性能的提升，而4D毫米波雷達未來將向著高集成化、低成本和小體積方向發展，單芯片內的部件排布更為緊密，減小毫米波雷達體積，也降低功率損耗，提高信息傳輸效率，減少開發難度和成本。當前4D毫米波雷達發展的技術路線主要有級聯、級聯+虛擬孔徑成像技術以及集成芯片三條。根據Vehicle數據，現階段集成芯片方案的4D毫米波雷達單價約為300-400美元，級聯方案則為150-200美元。4D毫米波雷達成本和性能之間是有一個取舍的并且需要一個平衡，這個取舍的火候需要工程師去掌控，芯片和方案選型也極為重要。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺，過去數年已積累了毫米波雷達芯片的優勢貨源。我們聚焦服務元器件長尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產業供需略盡綿薄之力。

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