一、毫米波雷达特点

毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达。通常毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的电磁波,毫米波的波长介于红外光波和微波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。毫米波雷达在雷达探测、高速通信、导弹制导、卫星遥感、电子对抗等军用领域均有广泛的应用,而近年来随着毫米波器件水平的提升,电路设计技术、天线技术等相关技术日益发展和不断成熟,车载毫米波雷达的应用也获得了很大的发展。

毫米波雷达传输距离远,在传输窗口内大气衰减和损耗低,穿透性强。汽车毫米波雷达传感器,可以满足车辆对全天气候的适应性的要求,并且毫米波本身的特性,决定了毫米波雷达传感器器件尺寸小、重量轻等特性。很好的弥补了如红外、激光、超声波、摄像头等其他传感器,在车载应用中所不具备的使用场景。

表1:不同波长雷达的主要用途

车载毫米波雷达主要应用在汽车的防撞系统上。车载毫米波雷达利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测,计算出与前方或后方障碍物的相对速度和距离。当车辆行进中时,发射机产生的雷达窄波束向前发射调频连续波(FMCW)信号,当发射信号遇到目标时被反射回来,并为同一天线接收,经混频放大处理后,可用其差拍信号时间差来表示雷达与目标的距离,再根据差频信号相差与相对速度关系,计算出目标对雷达的相对速度及危险时间,从而通过防撞系统对车辆做出预判警告。

几个实现车载毫米波雷达的关键技术

要进行车载毫米波雷达的开发,所需要实现的关键技术有以下几点:

1.相控阵雷达技术:雷达在搜索目标时,需要不断改变波束的方向。改变波束方向的传统方法是转动天线,使波束扫过一定的空域,称为机械扫描。利用电磁波的相干原理,通过计算机控制输往天线各阵元电流相位的变化来改变波束的方向,同样可进行扫描,接收单元将收到的雷达回波送入主机,完成雷达的搜索、跟踪和测量任务,这就是相控阵技术。与机械扫描雷达相比,相控阵雷达的天线无需转动,波扫描更灵活,能跟踪更多的目标,抗干扰性能好。目前市场上的车载雷达主要用的还是机械扫描雷达。

2.前端单片微波集成电路(MMIC):它包括多种功能电路,如低噪声放大器(LNA)、功率放大器、混频器、上变频器、检波器、调制器、移相器、开关、MMIC收发前端,甚至整个收发系统。MMIC具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。而毫米波雷达的关键部件前端单片微波集成电路(MMIC)技术由在国外半导体公司掌控,而高频的MMIC只掌握在英飞凌、飞思卡尔等极少数国外芯片厂商手中。国内的MMIC仍处于起步状态,相关性能仍有待验证。

3.雷达天线高频PCB板:毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列,简单说将高频PCB板集成在普通的PCB基板上实现天线的功能,需要在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。77Ghz雷达更高规格的高频PCB板,77GHz雷达的大范围运用将带来相应高频PCB板的巨大需求。

4.平板缝隙阵列天线设计:缝隙天线是由金属面上的缝隙构成的天线。平板缝隙阵天线具有口面场分布容易控制、天线口径效率高、性能稳定结构简单紧凑、强度高、安装方便等特点,而且容易实现窄波束等功能。近年来随着车载雷达的逐渐发达,对雷达抗干扰要求的提高,脉冲多普勒雷达的发展,平板缝隙阵天线在这些需要窄波束通信系统中获得了广泛应用。

5.多维度探测技术:普通汽车防撞雷达只能提供驾驶环境的二维信息,而对于行驶在三维空间的车辆来说,对高架桥、行驶路牌、以及高空坠落物等的探测,会给驾驶员带来更加有益的信息。

二、汽车毫米波雷达传感器市场规模

在汽车主动安全领域,汽车毫米波雷达传感器因为能够全天候工作,不受光线、雾霾、沙尘暴等恶劣天气的影响,已成为业界公认的主流选择,拥有巨大的市场需求,因而也是汽车电子厂商当前的主要研发方向。

2014年全球汽车毫米波雷达市场出货量在1900万个,据市场研究机构PlunkeetResearch预测,预计到2020年全球汽车毫米波雷达将近7000万个,2015年-2020的复合增速约为24%。

中国是全球最大汽车生产和消费国家,2015年中国汽车市场已经达到了1.7亿辆的保有量(其中私家车有1.25亿辆),并且今后将按每年近2000万辆的增速快速发展。中国汽车市场占全球汽车销量30%以上,但ADAS份额却显著低于30%。随着消费结构升级和中产阶级购车需求的增加,未来基于毫米波雷达的ADAS需求量呈现爆发式增长。根据国内产业机构调查,国内2014年汽车毫米波雷达销量约为120万颗,2015年约为180万颗。主要应用为盲点检测和后方车辆提醒的中短距雷达(24Ghz),每车需要两颗。

2015年中国汽车销售量为2459.8万辆,如果2015-2020年我国的乘用车复合增速为4%,到2020年乘用车全年销量将近约为3000万辆。

到2020年,如果中国汽车销售量中有15%装配汽车毫米波雷达的话,按每辆车装配2个,预计2020年的毫米波雷达需求量近900万个,未来五年复合增速约为50%。

根据相关产业链调研的结果,目前市场上整车厂对ADAS系统的需求非常巨大,国内的自助品牌整车厂的需求尤其旺盛,甚至领先于国外品牌厂商及合资品牌厂商。以目前汽车行业相对封闭的体系而言,ADAS核心技术更多地集中在一级、二级供应商中,而整车厂更多的是履行整合端的角色,国内自主品牌整车厂中自己开发核心技术的企业很少。

毫米波雷达特点及未来市场简析-第1张图片-零帕网

在ADAS系统的供给体系中,国内整车厂对前端感知端的传感器需求尤其巨大,特别是车载毫米波雷达的供应已经成为其重中之重。结合国内行业现状,掌握毫米波雷达特别是77GHz雷达的企业数量较少,毫米波雷达企业在市场上属于优质稀缺资源,目前各大厂商均在紧锣密鼓整合毫米波雷达资源,争取拿下先发优势。