简析毫米波雷达的原理及其产业链

一、什么是毫米波雷达

毫米波雷达是指利用波长 1-10nm，频率 30GHZ-300GHZ 的毫米波，通过测量回波的时间差算出距离。毫米波雷达始用于军事领域，随着技术水平的提升，开始逐渐应用于汽车领域。

目前各个国家对车载毫米波雷达分配的频段各有不同，但主要集中在 24GHz 和 77GHz，少数国家（如日本）采用 60GHz 频段。由于 77G 相对于 24G 的诸多优势，未来全球车载毫米波雷达的频段会趋同于 77GHz 频段（76-81GHz）。

77 GHz 在性能和体积上都更具优势。目前车载雷达的频率主要分为 24GHZ 频段和 77GHZ 频段。与 24GHz 毫米波雷达相比，77GHz 的距离分辨率更高，体积更是小了三分之一。2018 年，中国新车评价规程（C-NCAP）将自动紧急制动系统（AEBS）纳入评分体系，从而将带动 77GHz 毫米波雷达在未来的市场需求。而从长远来看，77GHz 毫米波雷达的体积更小、探距更长，使得其较 24GHz 毫米波雷达将具备更大的市场空间。

24GHz 与 77GHz 毫米波雷达兼备于 ADAS 的长短距检测。毫米波雷达因其硬件体积小，且不受恶劣天气影响，被广泛应用在 ADAS 系统之中。24GHz 目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。雷达安装在车辆的后保险杠内，用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。77GHz 雷达在探测精度与距离上优于 24GHz 雷达，主要用来装配在车辆的前保险杠上，探测与前车的距离以及前车的速度，实现的主要是紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。完全实现 ADAS 各项功能一般需要“1 长+4 中短”5 个毫米波雷达，奥迪 A8 搭载 5 个毫米波雷达（1LRR+4MRR），奔驰 S 级搭载 6 个毫米波雷达（1LRR+6SRR）。目前 77GHz 的毫米波雷达系统单价在 1000 元左右，24GHz 毫米波雷达单价在 500 元左右。

二、车载毫米波雷达的原理
车载毫米波雷达通过天线向外发射毫米波，接收目标反射信号，经后方处理后快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息（如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度、运动方向等），然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别分类，进而结合车身动态信息进行数据融合，最终通过中央处理单元（ECU）进行智能处理。经合理决策后，以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员，或及时对汽车做出主动干预，从而保证驾驶过程的安全性和舒适性，减少事故发生几率。

根据辐射电磁波方式不同，毫米波雷达主要有脉冲体制以及连续波体制两种工作体制。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。

由于可测量多个目标、分辨率较高、信号处理复杂度低、成本低廉、技术成熟，FWCW 雷达成为最常用的车载毫米波雷达，德尔福、电装、博世等 Tier 1 供应商均采用 FMCW 调制方式。

FMCW 雷达系统主要包括收发天线、射频前端、调制信号、信号处理模块等。毫米波雷达通过接收信号和发射信号的相关处理实现对目标的探测距离、方位、相对速度。

三、车载毫米波雷达的核心零部件及成品
MMIC 芯片和天线 PCB 板是毫米波雷达的硬件核心，以 FMCW 汽车雷达系统为例，主要包括天线、收发模块、信号处理模块。

1、MMIC(单片微波集成电路)
MMIC 具有电路损耗低、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、抗电磁辐射能力强等特点。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、检波器、调制器、压控振荡器(VCO)、移相器等。
 

毫米波雷达的核心芯片来自国外厂商，几乎被他们垄断。从毫米波雷达芯片国内外企业的市场占有率来看，目前国际市场主要被恩智浦（NXP）、英飞凌、德州仪器（TI）等芯片设计公司占据。

代表厂商：得捷电子、富士通、飞思卡尔、英飞凌、安森美、恩智浦、意法半导体、瑞萨电子

国内的毫米波雷达芯片业目前还未形成规模。毫米波芯片是涉及学科范围非常广的高难度工程，国内企业在以下两个方面还与国外大公司有一定的差距：

●芯片核心技术积累少，创新应用基本由国外巨头引领；

●差异化产品创新、品牌信誉度还有待进一步提升。

随着我国集成电路产业化进程的加快，国内芯片设计企业已经开始布局毫米波雷达领域。

清华大学、清能华波等单位在毫米波雷达芯片领域有着深厚的积累，东南大学毫米波国家重点实验室已完成 8mm 波段混频器、倍频器、开关、放大器等单功能芯片的研制，目前正在开展单片接收 / 发射前端的设计与研制；国内 24GHz/77GHz MMIC 关键技术也在不断获得突破，其中由意行半导体自主研发的 24GHz SiGe 雷达射频前端 MMIC 套片，率先实现了国内该领域零的突破，现已实现量产和供货。前年，加特兰微电子发布了其国内首款 77GHz CMOS 车载毫米波雷达收发芯片。南京米勒也正在研发雷达 MMIC。

长期以来，在国家项目、企业合作和社会资本的通力支持下，部分企业已经完成了毫米波雷达全集成核心芯片的研发，并逐步进入产业化进程，毫米波雷达核心芯片将会在未来 3 到 5 年之内逐步实现部分自主可控。

2、雷达天线高频 PCB 板
天线是汽车毫米波雷达有效工作的关键设计之一， 同时也是毫米波车用雷达能否赢得市场的关键。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。例如博世的 LRR3，相比于第 2 代 LRR 需要用几个砷化镓芯片生成、放大并检测 77GHz 微波，Bosch 第 3 代 LRR 极大简化了雷达天线 PCB 板，仅使用 1 或 2 个英飞凌硅锗芯片。

由于 ADAS 的功能，往往是通过传感器+处理器的方式捆绑销售，使得系统供应商在里面担当了产业链中核心角色，基于毫米波雷达的 ADAS 技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫等传统零部件系统供应商巨头所垄断。国内高频 PCB 板厂商暂无技术储备，只能根据图纸代加工，元器件仍需国外进口。沪电股份是大陆和博世的板材供应商，目前已就 24GHz 和 77GHz 高频雷达用 PCB 产品与国际顶尖厂商 Schweizer 开展合作。

目前雷达天线高频 PCB 板由沪电股份、Rogers(罗杰斯)、Isola、Schweizer（施瓦茨，目前沪电股份持有公司 19.74%股权）等少数公司掌握。国内高频 PCB 板厂商暂无技术储备，只能根据图纸代加工，仍需国外进口。国内的沪电股份是大陆和博世的 PCB 板材供应商。

3、全球毫米波雷达主要供货厂商分布
国外：
毫米波雷达关键技术被外商垄断，集中度较高。在全球毫米波雷达市场上，占主导地位的是德国、美国、日本等国家。目前毫米波雷达技术主要被博世（Bosch）、大陆集团（Continental）、天合汽车集团（TRW）、法雷奥（Valeo）、海拉（Hella）、德尔福（Delphi）、电装（Denso）、奥托立夫（Autoliv）、富士通（Fujitsu）等厂商垄断；其中，77GHz 毫米波雷达技术被垄断于博世、大陆、德尔福、电装、TRW、富士通天、Hitachi 等公司手中。2016 年，博世和大陆全球毫米波雷达市场占有率均为 17%，并列第一；电装、海拉并列第二，市场份额为 11%，采埃孚占据 8%，德尔福占据 6%，奥托立夫占据 4%。前七大供应商巨头市场占有率达到 73%。

目前中国 24GHz 雷达市场主要由法雷奥（Valeo）、海拉（Hella）和博世（Bosch）主导，合计出货量占总出货量的 60%以上；中国 77GHz 雷达主要由大陆集团（Continental）、博世（Bosch）和德尔福（Delphi）主导，合计出货量约占总出货量的 80%。

国内：
国内企业加速追赶，24GHz 仍是主流方向
国内毫米波雷达依赖进口，受限国外技术封锁，24GHz 毫米波雷达是主流方向。目前中国市场中高端汽车装配的毫米波雷达传感器全部都依赖国外进口，市场被美、日、德企业垄断，价格昂贵，并采取了技术封锁，自主可控迫在眉睫。国内自主车载毫米波雷达产品总体仍处于研制阶段。考虑到研发成本和 77GHz 开发技术受限，目前国内厂商对于毫米波雷达的研发方向集中于 24GHz。据麦姆斯咨询研究表明，2016 年中国汽车预装毫米波雷达的数量达到 105 万个，其中 24GHz 雷达占比 63.8%，77GHz 雷达占比 36.2%。

中国第一批做毫米波雷达的创业企业，大多都成立在 2014-2016 这几年，团队往往是科研背景、军工背景、或供应商跳槽创业背景。比如海归派：森思泰克、杭州智波。科研院所派：行易道、南京隼眼、苏州安智、苏州豪米波。实业转型派：深圳安智杰、深圳承泰、湖南纳雷。还有依莱达、德赛西威、木牛、雷博泰克、深圳卓影等。

目前国内市场上 24GHz 毫米波雷达的产品体系已经相对成熟，供应链已经相对稳定，24GHz 的核心芯片射频芯片能从英飞凌、飞思卡尔等芯片供应商获得。

但是，目前在全球范围内 77GHz 毫米波雷达芯片并没有稳定的供应体系，由于相关知识产权与合作协议的原因，英飞凌、飞思卡尔、意法半导体等芯片商对中国并没有放开 77GHz 雷达芯片的供应，因此国内 77GHz 毫米波雷达的开发受到一些限制。

目前，行易道、德赛西威、森斯泰克等企业已经逐步实现 77GHz 毫米波雷达的量产，开始和国内整车厂展开合作，并占有了部分的国内市场份额。华域汽车 2017 年 24GHz 后向毫米波雷达实现量产，保隆科技于 2 月发布其自主研发的 24GHz 和 77Ghz 毫米波雷达产品。纳雷科技、杭州智波科技等公司也都取得一定的市场化进展。

审核编辑 黄昊宇