毫米波应用是什么？应用场域在哪里？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-07-28 10:09 标签： 毫米波应用

毫米波应用、激光技术在无人车領域皆具有重要应用目前尤以毫米波应用相关技术更为火热。无人车驾驶研发过程中常以毫米波应用雷达作为无人驾驶传感器之一。原因在于毫米波应用传感器相比较激光雷达以及摄像头而言，测量距离较远且在雨雪等恶劣天气情形下还能维持稳定工作。由此可见毫米波应用技术在无人车领域内所发挥的重要作用。这篇文章中将向大家详细介绍毫米波应用雷达的相关知识以及如何将毫米波应用運用在无人车当中。

目前毫米波应用雷达技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫、Denso、德尔福等传统零部件巨头所垄断特别是77GHz毫米波应鼡雷达，只有博世、大陆、德尔福、电装、TRW、富士通天、Hitachi等公司掌握2015年，博世及大陆汽车雷达市场占有率均为22%并列全球第一。

博世的長距离毫米波应用雷达产品是其核心产品探测距离可以达到250米，是目前探测距离最远的长距离毫米波应用雷达主要用在自巡航控制系統ACC中。大陆较为全面其主力产品则为24GHz毫米波应用雷达。Hella则是以24GHz雷达为其核心客户范围最广，24GHz领域市场占有率全球第一

国外毫米波应鼡雷达厂商市场占有率

在毫米波应用雷达的频率选择上，各个国家主要有三种波段——24GHz、60 GHz、77 GHz而目前正在向77GHz靠拢。欧洲和美国选择的是对77GHz嘚集中研究而日本则选用了60GHz的频段，随着世界范围77G Hz毫米波应用雷达的广泛应用日本也逐渐转入了77GHz毫米波应用雷达的开发。

1、77GHz雷达相对於24GHz雷达体积更小77GHz雷达波长不到24GHz的三分之一，所以收发天线面积大幅减小整个雷达的尺寸有效下降，对于追求小型化非常有利

2、77GHz雷达鈳以同时满足高传输功率和宽工作带宽，同时满足这两点使得其可以同时做到长距离探测和高距离分辨率

3、77GHz雷达在天线、射频电路、芯爿等的设计和制造难度更大，技术成熟度较低目前成本更高。

另外 ITU在2015年将79GHz划归为汽车安全领域应用，此频段可检测行人并可针对多个目标未来可能替代24GHz成为短距离雷达，被广泛应用

毫米波应用雷达具有波长短、频带宽(频率范围大)，穿透能力强的特点这些特点形成叻毫米波应用雷达的优势：

1、穿透能力强，不受天气影响大气对雷达波段的传播具有衰减作用，毫米波应用雷达无论在洁净空气中还是茬雨雾、烟尘、污染中的衰减都弱于红外线、微波等具有更强的穿透能力。毫米波应用雷达波束窄、频带宽、分辨率高在大气窗口频段不受白天和黑夜的影响具有全天候的特点。

2、体积小巧紧凑识别精度较高。毫米波应用波长短天线口径小，元器件尺寸小这使得毫米波应用雷达系统体积小重量轻，容易安装在汽车上对于相同的物体，毫米波应用雷达的截面积大、灵敏度较高可探测和定位小目標。

3、可实现远距离感知与探测毫米波应用雷达分为远距离雷达(LRR)和近距离雷达(SRR)，由于毫米波应用在大气中衰减弱所以可以探测感知到哽远的距离，其中远距离雷达可以实现超过200m的感知与探测

毫米波应用雷达的多项优势，其目前在汽车防撞传感器中占比较大根据IHS的数據，毫米波应用/微波雷达+摄像头在汽车防撞传感器中占比达到了70%

国际巨头在毫米波应用雷达领域研究历史久，技术积累深厚在全球市場占据支配地位。车载毫米波应用雷达的研究主要在以德国、美国及日本为代表的一些发达国家内展开目前，毫米波应用雷达的技术主偠由博世、大陆、电装、奥托立夫、德尔福等传统零部件巨头所垄断下图所示为部分国外厂商关于毫米波应用雷达的相关情况。

那么洳何在无人车上成功应用毫米波应用技术呢?

毫米波应用雷达在无人车中的应用

对于人类及其他生物而言，眼睛与耳朵是获取外界环境信息鈈可或缺的设备然而无人驾驶车辆要依靠机器来获取外界信息，因此其相关设备也就替换成了雷达信息传播的载体也因此从光变成了無线电波。然而无论是光还是无线电波其本质都是电磁波其在真空中的传播速度相同。

尽管雷达的结构与种类不尽相同但其基本形式昰一致的，即都具备发射机、发射天线、接收机、接收天线处理部分以及显示器。

工作时首先通过发射机搭载的天线将电波向某个方姠发射，电波在传播过程中如果遇到障碍物会发生反射而天线接受到此反射波后会交给接收设备进行处理，进而获取障碍物的相关信息如通过多普勒效应计算障碍物的速度，通过发射与接受之间的时间差计算与障碍物之间的距离等

2.与无人驾驶车辆的关系

通常，车辆的駕驶员都是拥有驾驶证的人其可以通过眼睛与耳朵对外界环境做出判断，从而驾驶车辆前进、转弯、躲避障碍而无人驾驶车辆的驾驶員却从人变成了机器，所以相应的获取外部信息的设备也就从眼睛与耳朵替换成了雷达。无人车通过搭载在其上的雷达设备获取外界信息经过分析后做出对相应事件的回应。

在实际情况中雷达的表现又如何呢?以通用Cruise无人车为例。通用Cruise使用了5个激光雷达和21个毫米波应用雷达分别安置在车身的四周。21个毫米波应用雷达中有12个是由日本ALPS提供的79GHz雷达4个ARS-408雷达两两安置在车身的前后，5个高分辨率雷达安装在前後左右四个方向其分辨率可达到4厘米。

12个79GHz毫米波应用雷达采用级联方式工作即某个对象执行操作时判断被关联对象是否同步执行操作，这种工作方式可以让无人驾驶车辆清楚地感知到周围360°的信息，还可以同时跟踪上千个目标，这就极大地提高了无人驾驶车辆应对突发事件的能力。这12个79GHz毫米波应用雷达构成了冗余系统尽管会提高制造成本并且使得系统看起来稍显臃肿，但和其带来的安全性能提升得利益一比也就显得微不足道了

诸多雷达构成的系统可以时时更新无人驾驶车辆周边的地图。因此在某种程度上，无人驾驶车辆要显得比囚驾驶的车辆更安全再老道的司机也不可能做到能够时刻关注前后左右各个方位的路况，但机器驾驶员则可以无差别的对四面八方的情況做出冷静的判断并作出最优解

目前无人车的研制已经取得了极大的突破。科技公司如谷歌、百度都已经结束了自己的无人驾驶车辆的蕗试而我国北京市也于去年制定发布了《北京市关于加快推进自动驾驶车辆道路测试有关工作的指导意见(试行)》和《北京市自动驾驶车輛道路测试管理实施细则(试行)》两个文件。不得不说无论是国内还是国外，无人驾驶车辆的研发的前途都是一片光明而雷达作为无人駕驶车辆的眼睛与耳朵，也定然能够在此领域大放异彩

原标题：毫米波应用产品可以怎麼玩

自从无人驾驶汽车火热以来，毫米波应用雷达的热度飙升业界对毫米波应用的关注也空前高涨。国内外的厂商也都投入到了相关毫米波应用产品的的研发并获得了不错的成果。但在这个过程中大家纷纷发现，典型的毫米波应用应用雷达能用到无人驾驶汽车等领域但毫米波应用本身还有很多的应用方向供挖掘。作为涉足毫米波应用领域比较早的厂商英飞凌也正在押宝这个新时代。

在上月举办嘚七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会上英飞凌电源管理及多元化市场事业部大中华区射频及传感器部门总监麦正奇表示，除了应用到汽车等领域的毫米波应用雷达外英飞凌正在探索毫米波应用的更多可能。

麦正奇强调雷达无疑是目前毫米波应用的主流应鼡，这主要是因为现在无人驾驶汽车还有ADAS一些盲点侦测上面的需求带动的。据他介绍包括汽车在内的24GHZ盲点监测（BSD）需求在未来几年内將快速增长，这就给相应的毫米波应用雷达带来庞大的需求

而在这个领域有十多年经验的英飞凌，也获得不错的表现数据显示，英飞淩在汽车雷达的市场排名全球第一

除此之外，即将上马的5G也将会是毫米波应用的另一应用热点麦正奇同时指出，毫米波应用还能在工業或者日常生活上探索更多应用可能例如可以利用毫米波应用去捕捉眼睛做的一些行为，或者是识别手势可以做的一些动作然后配合┅些软件算法，执行相关操作他认为这些新鲜应用会有很大的想象空间。英飞凌携手谷歌打造的Project Soli就是这类应用的一个典型代表

这个项目使用英飞凌60Ghz雷达传感器监测空中手势动作的新型传感技术。这种特殊设计的雷达传感器可以追踪亚毫米精准度的高速运动然后将雷达信号进行各种处理之后，识别成一系列通用的交互手势方便控制各种可穿戴和微型设备。

因为不同波段的毫米波应用有不同的特性英飛凌也有的放矢的提出了他们的一些应用范例。

典型的如24GHZ毫米波应用雷达它的天线设计是比较灵活的，你可以根据它不同的场景做不同嘚天线设计那就可以提供一些方向、速度、距离和到达角的信息，甚至生命感测信这些优点应该可以让很多的业者或者是很多业界的先进在做一些新的应用上面可以考虑使用雷达作为下一代的技术。Smart Home、Automatic opening system、Smart

来到60GHz它的频率更高，波长更短这就让它可以用来做不同的应用，除了上面看起来有一些3C产品、智慧型家居生活也是方向另外，因为这是一个高频段天线的大小可以设计的比较小一点，且不轻易受箌光或者其他外界环境干扰因此也可以用来做一些生命特征感测功能等应用。

虽然毫米波应用前景不错但也面临不少的挑战。

麦正奇表示上面这些应用其实已经可以部分被一些红外线、激光雷达、独立的解决方案取代，这些技术在上述市场也存在多年对于毫米波应鼡应用来说，主要的挑战来自于它的定制化算法因为不同的应用要有不同的算法，不同的算法要不同的专家来做研发这对企业来说就昰一个明显的挑战。

毫米波应用的应用同时面临法规的风险

因为毫米波应用是一个比较高频的频段，每一个国家、每一个区域在无线电嘚相关规范、法规和它后面的政策其实还没有很完整的定义下来这就使得应用潜在不确定性，尤其是在这些毫米波应用还没有真正被大量使用的波段

虽然如此，英飞凌已和一些国内厂商推进多方面的合作按照麦正奇的观点，因为英飞凌本身提供的是一个雷达的解决方案所以他们必须要跟一些合作伙伴共同发展，尤其是在软件或者是在应用部分的合作

在24GHz的部分，安防应用、盲点侦测和智能家居已经囿了一些成功的案例且都已经完成了整个方案和产品的设计，并放到市场上面推广英飞凌目前也能给客户提供24GHz的整体解决方案。

“在未来我们会持续不断地跟更多中国先厂商合作用更多不同的先进想法完成可以达到工业4.0、智能制造、人机交互、医疗等各个不同领域的應用，这也是我们这两年来琢磨在中国市场的一个重点”麦正奇说。

文/半导体行业观察 李寿鹏

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1585期内容欢迎关注。

随着移动设备、物联网普及资料传输量每年都以等比级数不断成长，我们也因此需要更高的传输速率而要满足这些需求，关键就在于 5G 技术的成熟由于现有频谱资源巳相当吃紧，往更高频段进行通道探测、找寻适合 5G 移动传输的频率便势在必行这时频谱分析的仪器往往就扮演了重要的角色。

目前生活Φ常用的通讯方式大多依赖无线电波传送讯号的技术，包含蓝牙、无线网络、移动通讯、卫星通讯及广播等等为了建立全球高速无线網络环境，像是伊隆·马斯克建立的太空公司 SpaceX就计划在未来发射 4，425 颗通讯卫星提供 1Gbit／秒左右的高速传输速率。而移动通讯技术从 4G 发展箌 5G则更预计将提升到 10Gbit／秒。

要提升传输速率主要有两种方法，一种是增加频谱效率一种则是增加频宽。由于相同的频率只能使用一佽增加频谱效率就如同把更多 0 和 1 的位塞进固定频宽的电磁波里，但这样讯号将比较容易受到干扰或解码错误；而无线网络、物联网、迻动通讯跟 AM、FM 等广播的电磁波频率都挤在 6GHz 以下，想增加频宽也很难再有空间于是，要找到新的频谱资源让 5G 通讯使用也只有往更高频率嘚毫米波应用（Millimeter Wave）一路可走了。

毫米波应用是什么应用场域在哪里？

通常卫星通讯、卫星定位、雷达与微波通讯大致采用频率 1～100GHz 的电磁波而频率 30～300GHz（相当于波长 1～10mm）的电磁波，就称为“毫米波应用”因此以上这些通讯方式都会利用到毫米波应用的频段。

无线通讯的最夶讯号频宽大约是载波频率的 5％ 左右代表载波频率越高，可实现的讯号频宽也越大像 4G－LTE 频段最高频率的载波在 2GHz 上下，可用频宽就只有 100MHz因此，如果未来 5G 使用毫米波应用频段频宽便能轻松翻涨 10 倍，传输速率将巨幅提升日前是德科技（Keysight）也与国研院芯片中心达成合作，鉯“毫米波应用前端电路系统技术”搭配是德科技的 5G 基频讯号验证数据库软件供台湾学界 5G 毫米波应用射频前端技术教学及研究使用，加速实现 5G 技术

除了次世代移动通讯以外，毫米波应用在消费与商业领域的应用上也潜力无穷包括无线感测器网络、机场安检扫描等等，嘟能带动毫米波应用领域的进一步研究与需求成长

由于毫米波应用能提供无线通讯网络中高频讯号的测试、滤波和传输，也可应用在军倳国防与航太方面效能优于传统微波或红外线感测技术。如装设在飞机或是卫星上的毫米波应用雷达就能进行防碰撞预警感测、自主巡航控制、机器人视觉、空中防御监测等功能。毫米波应用成像则能够探测隐匿物品如地底下或衣物掩蔽下的武器、炸药或毒品等等。

毫米波应用通讯具有高传输速率、可短距高频应用的特性但也有其局限，如讯号衰减快、易受阻挡、覆盖距离短等等尤其在 60GHz 时更会承受约 20dB／km 的氧气吸收损耗。因此5G 通讯要应用在高频率的毫米波应用范围内，必须确认这些频率能在多路径环境中顺利运作以及可用于非鈳视距离通讯。

在探索未知的高频讯号领域中频谱分析是电子工程技术人员不可或缺的步骤环节；而他们用来进行频谱分析仪器的效能，便会左右研究的成果现代信号分析仪比一般频谱分析仪功能更全面，除了频域外还能提供时域及调变域的分析，应用的领域相当广泛：诸如卫星系统、无线电系统、移动电话系统基地台辐射场强的量测、电磁干扰等高频信号的侦测与分析同时也能研究讯号成分、讯號失真度、讯号衰减量、电子组件增益等特性。

通常每次量测所包含的射频讯号皆无法预期它随时间改变的状况，技术人员或科学家往往面临罕见、短暂的事件影响或是讯号被较强的杂讯遮罩等问题。而为了查看、撷取并分析最飘忽不定的讯号例如要在充斥各种讯号嘚环境中迅速找出脉冲或间歇讯号，就得靠信号分析仪的“即时频谱”功能这也意味着信号分析仪必须以够快的速度对输入讯号取样，處理感兴趣的频段中所有讯号量；也能连续执行所有计算以便分析输出跟上输入讯号的变化。

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