60GHz＋24GHz毫米波雷达联手铺开工业应用

电子发烧友网报道（文/李宁远）不论在日常生活的消费电子领域，还是在工业自动化领域，抑或是在汽车自动驾驶领域，强大且全面的传感技术一直是备受关注的，这也是传感器融合概念兴起的原因。
 
雷达融合其他传感在很多工业自动化场景的边缘设备中很常见。作为一种能够提供距离、速度和角度数据的传感器，雷达，尤其是毫米波雷达能以极高的准确度感测多种物体，而且几乎不受环境影响。
 
工业毫米波雷达，60GHz渐成主流
 
24GHz、60GHz和77GHz是大多数毫米波传感使用的频段，这三个频段的区别主要在带宽上。77GHz频段的毫米波雷达波长只有3.9mm，带宽极高，带宽的大小则直接影响到雷达的范围分辨率、准确性和鲁棒性。
 
工信部发布的《汽车雷达无线电管理暂行规定》将76-79GHz频段规划用于汽车雷达，并限制了其他地面雷达对该频段的使用。在此前76-79GHz频段还没有被重新调整为汽车雷达频段时，之前的工业及消费品领域也有一些应用该频段毫米波的例子，比如机器人领域，科沃斯2020年曾推出一款应用了77GHz毫米波雷达的商用机器人。
 
随着77GHz受限，毫米波在工业应用领域，24GHz频段的带宽开始显得不够用。作为最先投入消费市场和工业市场的毫米波，24GHz毫米波雷达受限于测量精度，拓展应用范围有些艰难。不过这并不代表传统的24GHz毫米波雷达失去了竞争力，24GHz毫米波发展至今，技术已经极为成熟而且成本也相对低廉，在消费市场和工业市场还有不少可以发挥的空间。
 

（点云比较，TI）

 
高频段受限，低频段带宽不够，60GHz毫米波以足够的带宽、足够的精度、丰富的点云数据成为全球工业场景中雷达传感应用最合适的选择。60GHz毫米波雷达波长为5mm，具有高达7GHz可用于短程应用的免许可带宽，最直观的效果就是密集的点云数据。从上图中可以看到，即便没有采用60GHz频段最高的带宽，相较于最高的带宽的24GHz毫米波点云数据，在相同FoV中点云密集程度也相差巨大。现在技术厂商在非车规级领域毫米波的竞争，也都以60GHz频段为主。
 
高性价比的24GHz工业毫米波
 
成熟的技术以及相对低的成本，24GHz毫米波在工业领域仍然有着相当的市场，是富有性价比的选择。在这个频段竞争的技术厂商，高集成的信号链设计已经是家常便饭了，从放大器、混频器、到接收器到转换器到雷达模块，功能齐全而且设计灵活。
 
24GHz毫米波雷达芯片能做到的性能功耗现在已经能做到很优秀了。以噪声系数为例，卓越的低噪声性能可以为雷达系统带来更高的能效，现在的24GHz雷达芯片组已经做到了≤10 dB噪声系数，比如ADI的EV-TINYRAD24G，矽杰微电子SRK2401A。
 
功耗是另一个比拼的重点，以4通道接收同时开启为例，领先的24GHz雷达芯片组能做到≤550mW的超低功耗。在24GHz雷达系统能覆盖需求的工业应用下，24GHz雷达系统是成本和能效性价比最高的选择。
 
60GHz工业毫米波，覆盖24GHz无法满足的应用
 
60GHz毫米波首先带来最直观的是密集点云上的优势，大量的点云数据增强了识别准确率并避免了错误触发，这只是一方面。
 
还有两个和传感性能息息相关的指标，速度分辨率和范围分辨率。范围分辨率上60GHz与77GHz没有太多差别（3.75cm），24GHz在最高带宽下范围分辨率是60cm，差别还是很大的。这意味着数据的精细程度有数量级的差别。速度分辨率倒是与带宽没有联系，它取决于中心频带的高低，影响雷达追踪物体横向移动的精准度。60GHz中心频带提供的速度分辨率大概是24GHz的2.5倍，能够更稳定的追踪移动物体。在很多以往24GHz无法覆盖的工业应用里，60GHz毫米波完成了覆盖，比如无接触手势检测。
 
英飞凌的高端XENSIV 60GHz毫米波FMCW工作模式可以跨越5.5 GHz的超宽带宽，检测毫米范围内的微动，检测范围可达5 m，功耗低于5mW。该60GHz雷达配备四个四态（QS1-4）输入引脚，即使处于自动模式也可灵活配置性能参数实现多个自由度。
 
TI的毫米波雷达一改传统毫米波雷达系统分立式的组件让人难以接受的成本和尺寸问题，集成各类组件，通过高性能集成射频互补金属氧化物半导体CMOS雷达技术，实现了超高分辨率单芯片60GHz传感器。不管是集成封装天线，集成处理功能还是集成MCU和硬件加速器的方案，都满足了工业领域中雷达系统对于低功耗、自监控、超精确感测的要求。
 
小结
 
在24GHz毫米波雷达性能无法覆盖的应用里，60GHz毫米波雷达通过更大的带宽、更高的分辨率、更高的精度，以及更先进的设计覆盖了工业领域的传感需求。二者相互补足，在非车规应用领域里联手铺开更成熟更广泛的应用。