毫米波雷达技术的发展趋势

要能够全方位覆盖汽车周围环境的感测，一辆汽车会装载“长+中+短”多颗毫米波雷达，到了最终L5级自动驾驶阶段甚至超过10颗，预计2021年全球毫米波雷达的出货量将达到8400万个。这是一个可预见的庞大市场，所以无论是传统的汽车Tier 1厂商，还是新兴的初创企业，都纷纷加入到汽车雷达产业中来，希望能分一杯羹！不过现实的竞争又是很残忍的。

首先，汽车的空间容量有限，特别是现在汽车主流是向轻便、节能方向发展，别说增加零部件了；其次，精明的消费者只接受加量不加价，性能提高了，价格还得降低。所以，能不能抢到市场先机，摆在各家毫米波雷达厂商面前的主要问题是如何实现“更小巧、更便宜、更智能”的毫米波雷达！带着这些疑问，今天我们来了解一下车载毫米波雷达系统及其核心元器件。毫米波雷达系统基本结构在《认识毫米波雷达》文章中，我们知道了毫米波雷达是基于多普勒原理，根据回波和发射波之间的时间差和频率差来实现对目标物体距离、速度以及方位的测量。根据辐射电磁波方式不同，毫米波雷达主要有脉冲和连续波两种工作方式（图1）。其中连续波又可以分为FSK（频移键控）、PSK（相移键控）、CW（恒频连续波）、FMCW（调频连续波）等方式。

米波雷达工作方式

FMCW雷达具有可同时测量多个目标、分辨率较高、信号处理复杂度低、成本低廉、技术成熟等优点，成为目前最常用的车载毫米波雷达，德尔福（Delphi）、电装（Denso）、博世（Bosch）等Tier 1供应商均采用FMCW调制方式。以FMCW为例（图2），毫米波雷达系统主要包括天线、前端收发组件、数字信号处理器（DSP）和控制电路，其中天线和前端收发组件是毫米波雷达的最核心的硬件部分。

图2 FMCW雷达系统

天线天线作为毫米波发射和接收的重要部件，是汽车毫米波雷达有效工作的关键设计之一，同时也影响到毫米波雷达能否赢得市场芳心。如果你路过雷达基站，一定对其庞大的机械扫描天线印象深刻（图3），显然这些天线对于外观和体积要求苛刻的汽车是不适合的。那么毫米波雷达的天线要如何设计？首先，天线的生产要能够大批量且低成本。其次，天线的设计要便于安装在车的头部。同时，天线必须被集成在车内而不能影响汽车的外观。

不同尺寸与性状的的雷达天线

理论和实践证明，当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高。因此，天线的长度将根据所发射和接收信号的频率或波长来决定。幸运的是，毫米波的波长只有几个毫米，所以毫米波雷达的天线可以做的很小，同时还可以使用多根天线来构成阵列天线，达到窄波束的目的。目前毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列，最常见的一种是设计成可集成在PCB板上的“微带贴片天线”，如图4，在PCB板上的ground层上铺几个开路的微带线形成天线。

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