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国内毫米波车载雷达行业存在的问题和差距

MEMS 2018-04-12 08:43 次阅读

中国电波传播研究所 刘玉超、王景

国家新闻出版广电总局 梅亨利

摘要:本文介绍了车载雷达的工作原理、国际国内车载毫米波雷达频率的划分情况、国内外车载雷达技术的突破和产品研制现状,并重点分析了国内毫米波车载雷达行业存在的问题和差距,最后给出了相应的对策和建议。

在军事上,毫米波雷达已广泛应用于预警探测、武器制导、电子对抗等领域。近年来,随着集成电路和天线设计等技术的不断成熟、元器件成本的不断降低,民用车载毫米波雷达产品不断涌现并投入实际应用。作为智能汽车和智慧交通的重要组成,车用毫米波雷达的相关频率划分受到国家无线电管理部门的密切关注和高度重视。2016年,国内正式启动国际电联智能交通全球频率统一(WRC-19 1.12)议题工作。工业和信息化部下发《关于同意车载信息服务产业应用联盟开展智能交通无线电技术频率研究试验的批复》(工信部无函〔2016〕450号)文件,授权车联组织产业单位在合肥、大连、泰州、绵阳等城市开展 77~81GHz车用毫米波雷达研究试验工作,验证雷达性能参数、频率需求等各类技术指标,为中国车载雷达频率规划和WRC-19 1.12议题中国提案工作提供了技术参考,推动了车载雷达安全、可靠地应用于中国智能汽车和智慧交通行业。

1 车载雷达技术原理

车载毫米波雷达利用天线发射电磁波后,对前方或后方障碍物反射的回波进行不断检测,并通过雷达信号处理器进行综合分析,计算出与前方或后方障碍物的相对速度和距离,并生成警告信息传递给汽车控制电路,由汽车控制电路控制汽车变速器和制动器作出应对动作,从而避免发生碰撞。

毫米波雷达具有探测性能稳定、作用距离较长、环境适用性好等特点。与超声波雷达相比,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、摄像头等光学传感器相比,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。各类车载传感器的优缺点如表1所示。

表1 各类车载传感器优缺点对比

2 车载雷达频率划分情况

2005~2013年,欧盟将24GHz、79GHz作为车载毫米波雷达的频谱,而美国使用24GHz、77GHz频带,日本选用了60~61GHz的频段。随着世界范围内76~77GHz毫米波雷达的广泛应用,日本也逐渐转入了79GHz毫米波雷达的开发中。各大国的车载雷达频段主要集中在在23~24GHz、60~61GHz和76~77GHz(79GHz)3个频段,而世界各国对毫米波车载雷达频段使用的混乱情况使得汽车行业车载雷达的发展受到了限制,如表2所示。

从我国的情况看,无线电主管部门对车载雷达的频率划分一直在积极推进之中。2005 年,原信息产业部就发布了《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》,将76~77GHz频段规划给了车辆测距雷达使用。此后,工业和信息化部于2012年发布了《关于发布24GHz频段短距离车载雷达设备使用频率的通知》(工信部无〔2012〕548 号),将24.25~26.65GHz频段规划用于短距离车载雷达业务的频率。

表2 主要国家车载雷达频率划分情况

在日内瓦召开的2015年世界无线电通信大会(WRC-15)上,各国讨论决定,77.5~78.0GHz频段划分给无线电定位业务,以支持短距离高分辨率车载雷达的发展,车载雷达正式获得了全球统一频率划分。

3 国内外车载雷达产品现状

美国、欧洲和日本在车载雷达技术研究方面处于领先地位。目前,越来越多的公司和供应商投入到汽车雷达系统研制、器件开发和算法研究当中。1999年,德国奔驰汽车公司率先采用77GHz毫米波雷达的自主巡航控制系统;2003年,博世研制的77GHz车载雷达正式投入商用;2013年,松下富士通研制出79GHz频带毫米波车载雷达。目前,毫米波车载雷达的关键技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫等传统汽车零部件巨头所垄断,特别是77GHz 毫米波雷达,只有少数几个国外公司掌握该技术。

在我国,24GHz和77GHz毫米波集成电路的关键技术已取得突破。其中,24GHz毫米波集成电路已实现量产并试用中,但77GHz毫米波集成电路的国产化一直进展缓慢。国内相关产品的主要进展情况为: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;厦门意行半导体科技有限公司在24GHz汽车主动安全雷达射频前端集成电路取得突破,是国内唯一一家提供24GHz汽车主动安全雷达射频前端MMIC解决方案的企业;沈阳承泰科技有限公司在研发77GHz汽车毫米波雷达关键技术上取得突破,预计产品不久将问世。

目前,国内毫米波雷达产业的发展主要面临以下几个问题:①行业整体竞争力偏弱。目前,国内的产业链尚未成熟,国外商用车载雷达已经走了几十年的历史了,国内近几年才开始起步,产品上市要面临激烈的竞争压力。②人才极度缺乏。车载雷达研发需要丰富的雷达系统和毫米波射频设计经验与能力,而这一领域的人才多集中在军工企业和国外企业。③资金压力大。由于技术基础底子薄,研发所需的测试设备和生产设备都需要从国外购买,价格高昂,后期收益情况又未知,国内相关生产厂家面临很大的资金压力。④开发周期较长。一款毫米波雷达开发周期就要12个月以上,产品还需要通过静态测试、动态测试、上车测试以及各种复杂的环境下测试,整个研制周期至少要2年以上。

4 对策与建议

结合国内车载雷达频率划分和产品研制的现状,提出了以下建议:①在国家层面给予更大的政策支持和资金资助。通过设立重大专项研究课题、给予财政优惠政策等方式提高国内企业投入车载雷达行业的积极性,从而带动自主雷达材料、部件、系统和整机产业发展。②通过军民融合的方式促进车载雷达行业的发展。国内军工企业在毫米波雷达研制方面有雄厚的技术和人才积累。通过军民融合的方式,鼓励军工企业加入车载雷达研制队伍中来,可有效解决国内民用车载雷达技术基础薄弱、人才匮乏的问题。③大力促进人才队伍建设,推进行业产学研的结合。国内相关企业应当与科研院所、高等学校从人才培养、关键技术突破、产品性能验证等方面密切合作,共同将国内车载雷达行业做大做强。④选择合适的方式与外国企业合作,引进先进技术。应当鼓励国内有实力的企业通过并购、股权转让、技术合作等方式,从欧美产品领先厂商手中获取先进技术,尽快弥补现有技术的不足。

未来,无论是高级辅助驾驶系统(ADAS)产业,还是无人驾驶行业,毫米波雷达都会是汽车最核心的传感器之一。虽然国产毫米波雷达突破了部分核心技术,但毕竟刚刚起步,力量还薄弱,应当加快开发国产毫米波雷达芯片并车载应用,使我国汽车毫米波雷达产业摆脱受制于人的局面。

原文标题:车载毫米波雷达频率划分和产品现状分析

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ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

和特点 单芯片多频段3G收发器兼容3GPP 25.104第9版WCDMA/HSPA标准 覆盖UMTS频段频段I至VI和VIII至X的本地区域BS级 直接变频发射机和接收机 WCDMA和GSM接收基带滤波器选项 易于使用,校准工作量极小自动Rx直流失调控制简便的增益、频率和模式编程 低电源电流接收电流:50 mA(典型值)发射电流:50 mA至100 mA(随输出功率变化) 6 mm × 6 mm、40引脚LFCSP封装 只需极少的外部器件集成多频段多模式监控无Tx SAW或Rx级间SAW滤波器集成电源管理集成频率合成器,包括PLL环路滤波器集成PA偏置控制DAC/GPO 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADF4602是一款3G收发器IC,具有无与伦比的集成度和特性集合,非常适合提供蜂窝固定移动融合(FMC)服务的高性能3G毫微微蜂窝。只需少数几个外部器件,便能实现完整的多频段收发器。单个器件支持UMTS频段1至6和8至10。接收机基于直接变频架构,这种架构是高度集成的宽带CDMA (WCDMA)接收机的理想选择,可通过完全集成所有级间滤波来减少物料用量。前端含有三个高性能单端低噪声放大器(LNA),使该器件能支持三频段应用。单端输入结构可简...
发表于 02-22 15:33 0次 阅读
ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

和特点 转换增益: 12.5 dB(典型值) 镜像抑制: 28 dBc(典型值) 噪声系数: 5 dB(典型值) 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率: -9 dBm(典型值) 输出三阶交调截点(IP3): -1 dBm(典型值) 输出二阶交调截点(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射频(RF)回波损耗: 5 dB(典型值) LO回损: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片,工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器,后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者,可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并,以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量...
发表于 02-22 15:31 0次 阅读
HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 噪声系数:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz,双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64 QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小...
发表于 02-22 15:14 0次 阅读
HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益: 22 dB 噪声系数(NF): 10 dB P1dB: −10 dBm LO输入范围: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离: 30 dB RF信号带宽: 250 MHz Rx输出阻抗: 900 Ω差分 LO输入缓冲器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω时): -5 dB 集成模拟输出的温度传感器:±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入,后接差分低噪声放大器(LNA),以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图...
发表于 02-22 15:07 0次 阅读
ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器,带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB:7 dBm输出 IP3:16 dBm转换增益:36 dB噪声指数:7 dBRF 输入频率范围:16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围:900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器,集成了小数 N 分频频率合成器,非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器(LNA)组成,可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数,同时最大限度地减少外部元件。此外,高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环(PLL),带有多核压控振荡器(VCO)和内部 2 倍乘法器,可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号,无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序,使得 PLL 可选择必要设置,并锁定约 400 μs。...
发表于 02-22 15:07 0次 阅读
ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工业、科学和医疗(ISM)射频频段) 双通道 24 GHz 功率放大器,输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器(Tx)单片微波集成电路(MMIC),具有片内 24 GHz 压控振荡器(VCO)。VCO 具有分数 N 频率合成器,并具有波形生成功能、可编程网格阵列(PGA)和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器(LO)输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口(SPI)实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用...
发表于 02-22 15:06 0次 阅读
ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出(鉴频器) 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC),片内集成24 GHz VCO和PGA,并有两个Tx通道,适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器:对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV(无人机):防撞 智能运输系统:智能交通监控和控制 监控和安全 方框图...
发表于 02-22 15:05 0次 阅读
ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

STRATASYS针对3D打印市场研究及核心计划指南

3D打印机利用FDM和PolyJet技术,满足从快速原型到工具制造到终生产的各类应用需求,从而实现彩色3D打印产品的逼真外观,...
发表于 02-22 13:54 259次 阅读
STRATASYS针对3D打印市场研究及核心计划指南

HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,工作频率范围为57 GHz至64 GHz,调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64-QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式,从而实现更低成本和功耗的串行数据链路,而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作,最高12 dBm。与HMC6301BG46一起,完整的60 G...
发表于 02-22 12:05 17次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

汽车电子系统可靠性的计算

每个硬件元件都有一个失效率,所有元器件组成系统之后,其全部元件的失效率决定了系统最终的可靠性。系统的组成方式可分为串联和...
发表于 02-21 11:25 524次 阅读
汽车电子系统可靠性的计算

83554A毫米波源模块系统操作和维修手册

Part Number: 83554-90001 (Apr86). This manual is provided for information only. The 83554A is no longer sold by K...
发表于 02-15 14:29 54次 阅读
83554A毫米波源模块系统操作和维修手册

请问国产77GHz毫米波雷达,现在有量产的了吗?

有没有大神了解,国产77G雷达的情况,有媒体披露有几家研发出来的,不知道是样机阶段还是能量产? 目前难点是在工艺吗? 国产...
发表于 02-14 11:50 350次 阅读
请问国产77GHz毫米波雷达,现在有量产的了吗?

85106C毫米波网络分析仪系统安装和操作手册

The 85106C is a discontinued product. This manual is provided for information only....
发表于 02-12 16:48 68次 阅读
85106C毫米波网络分析仪系统安装和操作手册

汽车电子硬件研发管理平台咨询服务

概述        随着电子技术的发展,自动驾驶以及智能网联汽车的出现,电子产品成本在整车成本中所...
发表于 02-11 11:10 275次 阅读
汽车电子硬件研发管理平台咨询服务

85301B天线测量系统,带R/QU/V/W85325A毫米波服务快速参考指南

The 85301B Antenna Measurement System with R/QU/V/W85325A Millimeter-Wave is a discontinued product. This ...
发表于 01-25 14:58 96次 阅读
85301B天线测量系统,带R/QU/V/W85325A毫米波服务快速参考指南