陶瓷基板—毫米波雷达中的“异军突起”

 

目前，超声波雷达、毫米波雷达和多摄像头系统已经在高端汽车上应用，随着智能驾驶发展势如破竹，环境感知技术将快速发展，进一步发挥协同作用。毫米波雷达从上世纪起就已在高档汽车中使用，现已被广泛应用在ADAS 系统中。

 

 

 

汽车毫米波雷达指利用波长为毫米级（主要使用24GHz、77GHz或79GHz）的雷达（附图：中国无线电频率划分方法）。毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光等光学导引头相比，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)、全天时的特点，其用在汽车上可以快速准确获取汽车车身周围信息如相对距离、相对速度、角度、是否有物体、运动方向等，并根据所探知的信息，进行目标追踪、目标识别分类，并作出相应警示或决策。

 

 

从20世纪80年代中期开始，随着集成电路技术的发展，系统的集成度大幅提高，成本降低，体积减小，精度较高，系统功能逐步丰富。随着国内不断涌现出毫米波雷达终端产品及核心器件公司，中国毫米波雷达领域在相关公司的技术积累和资本的积极推动下，逐步在全球市场也占据了一席之地。

 

毫米波雷达具有波长短、频带宽（频率范围大），穿透能力强的特点，这些特点形成了毫米波雷达的优势。

 

n 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，毫米波雷达无论在洁净空气中还是在雨雾、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。

 

n 2.体积小巧紧凑，识别精度高。毫米波波长短，天线口径小，元器件尺寸小，这使得毫米波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，毫米波雷达的截面积大、灵敏度高，可探测和定位小目标，识别精度更高。

 

n 3.可实现远距离感知与探测。毫米波雷达分为远距离雷达（LRR）和近距离雷达（SRR），由于毫米波在大气中衰减弱，所以可以探测感知到更远的距离，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的数据，毫米波/微波雷达+摄像头在汽车防撞传感器中占比达到了70%。下表列出了目前市场上主流的车用传感器性能及优缺点：

 

 

毫米波雷达主要包括天线、收发模块、信号处理模块和报警模块。通过对接收信号和发射信号的处理，实现对目标的探测距离、方位和相对速度的测量。其中毫米波器件的模块化、射频收发前段是雷达系统的核心部位。如何降低成本、提高功率成为各公司在市场上脱颖而出的关键因素。

 

 

天线作为汽车毫米波雷达系统的一个关键元件，其性能将深深地影响雷达的探测距离和角度。

雷达天线的作用是将电能和电磁波之间进行转换，包括发射天线和接收天线。当前毫米波雷达天线的主流方案是微带列阵，将天线集成在高频PCB板上，在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。

 

汽车毫米波雷达对天线的要求有：较高的增益、较低的损耗、尺寸小、易于与平面电路集成等。毫米波雷达使用的天线包括：早期的喇叭天线、反射阵天线、微带天线阵、透镜天线。喇叭天线空间尺寸较大，难于与平面电路集成；反射阵天线和透镜天线一般具有相对较高的增益，也具有较大的尺寸，安装也不便利。平面天线尺寸较小，易于与射频电路集成，但其增益较低。目前使用较多的是平面阵列的形式。天线的集成对于PCB基板的要求较高，创造了较大需求。前端单片PCB，又称前端微波集成电路（MMIC），包括发射机、接收机、信号处理器等组成，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。斯利通作为陶瓷电路板的先驱者，多年来专注于各种新型陶瓷材料的微电子加工技术，除常规的氧化铝/氮化铝陶瓷基板外，氮化硅、碳化硅、金刚石、压电陶瓷材料也能实现电路板制作。斯利通跟多所高校和科研结构保持紧密合作，优秀的技术团队为客户提供定制化方案，实力工厂为客户提供放心产品，专业售后为客户免去后顾之忧，真正解决客户的痛难点。

 

目前大多数毫米波雷达中的MMIC主要工艺为GaAs工艺、SiGe工艺和CMOS工艺。不同于传统的硅半导体，GaAs（砷化镓）属于化合物半导体，又称III-V族半导体。GaAs材料的电子迁移率非常高，且漂移速度快，具有很好的高频特性，且电路损耗小、噪声低、功率大、功率增益高。所以GaAs材料和器件工艺目前比较成熟，在毫米波雷达集成电路中使用最为广泛。CMOS可在低电压条件下运行，因此可降低耗电量。且CMOS集成度较高，可以有效降低毫米波雷达的尺寸。同时，相对于GaAs，CMOS材料更加廉价，量产能力强，所以CMOS技术可以降低毫米波雷达的成本。但CMOS技术目前存在发热量高、低频区噪声偏大等问题。随着新材料性能的开发和研究，未来这些问题也必将能够解决。

 

毫米波雷达由于其众多优势，成为 ADAS 不可或缺的核心传感器类型。随着 ADAS 的发展以及毫米波雷达技术的完善和提高，毫米波雷达有望在无人驾驶领域获得广泛应用，并为行车安全提供全天候保障。无人驾驶与智能汽车是工业互联的发展趋势，伴随着行业整体的大发展，国内毫米波雷达企业也将拥有较大的发展机会，并迎来高速发展时期。

 

 

 

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审核编辑 黄宇