簡析毫米波雷達的原理及其產(chǎn)業(yè)鏈

一、什么是毫米波雷達

毫米波雷達是指利用波長 1-10nm，頻率 30GHZ-300GHZ 的毫米波，通過測量回波的時間差算出距離。毫米波雷達始用于軍事領(lǐng)域，隨著技術(shù)水平的提升，開始逐漸應用于汽車領(lǐng)域。

目前各個國家對車載毫米波雷達分配的頻段各有不同，但主要集中在 24GHz 和 77GHz，少數(shù)國家（如日本）采用 60GHz 頻段。由于 77G 相對于 24G 的諸多優(yōu)勢，未來全球車載毫米波雷達的頻段會趨同于 77GHz 頻段（76-81GHz）。

77 GHz 在性能和體積上都更具優(yōu)勢。目前車載雷達的頻率主要分為 24GHZ 頻段和 77GHZ 頻段。與 24GHz 毫米波雷達相比，77GHz 的距離分辨率更高，體積更是小了三分之一。2018 年，中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）將自動緊急制動系統(tǒng)（AEBS）納入評分體系，從而將帶動 77GHz 毫米波雷達在未來的市場需求。而從長遠來看，77GHz 毫米波雷達的體積更小、探距更長，使得其較 24GHz 毫米波雷達將具備更大的市場空間。

24GHz 與 77GHz 毫米波雷達兼?zhèn)溆?ADAS 的長短距檢測。毫米波雷達因其硬件體積小，且不受惡劣天氣影響，被廣泛應用在 ADAS 系統(tǒng)之中。24GHz 目前大量應用于汽車的盲點監(jiān)測、變道輔助。雷達安裝在車輛的后保險杠內(nèi)，用于監(jiān)測車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進行變道。77GHz 雷達在探測精度與距離上優(yōu)于 24GHz 雷達，主要用來裝配在車輛的前保險杠上，探測與前車的距離以及前車的速度，實現(xiàn)的主要是緊急制動、自動跟車等主動安全領(lǐng)域的功能。完全實現(xiàn) ADAS 各項功能一般需要“1 長+4 中短”5 個毫米波雷達，奧迪 A8 搭載 5 個毫米波雷達（1LRR+4MRR），奔馳 S 級搭載 6 個毫米波雷達（1LRR+6SRR）。目前 77GHz 的毫米波雷達系統(tǒng)單價在 1000 元左右，24GHz 毫米波雷達單價在 500 元左右。

二、車載毫米波雷達的原理
車載毫米波雷達通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標反射信號，經(jīng)后方處理后快速準確地獲取汽車車身周圍的物理環(huán)境信息（如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運動方向等），然后根據(jù)所探知的物體信息進行目標追蹤和識別分類，進而結(jié)合車身動態(tài)信息進行數(shù)據(jù)融合，最終通過中央處理單元（ECU）進行智能處理。經(jīng)合理決策后，以聲、光及觸覺等多種方式告知或警告駕駛員，或及時對汽車做出主動干預，從而保證駕駛過程的安全性和舒適性，減少事故發(fā)生幾率。

根據(jù)輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要有脈沖體制以及連續(xù)波體制兩種工作體制。其中連續(xù)波又可以分為 FSK（頻移鍵控）、PSK（相移鍵控）、CW（恒頻連續(xù)波）、FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）等方式。

由于可測量多個目標、分辨率較高、信號處理復雜度低、成本低廉、技術(shù)成熟，F(xiàn)WCW 雷達成為最常用的車載毫米波雷達，德爾福、電裝、博世等 Tier 1 供應商均采用 FMCW 調(diào)制方式。

FMCW 雷達系統(tǒng)主要包括收發(fā)天線、射頻前端、調(diào)制信號、信號處理模塊等。毫米波雷達通過接收信號和發(fā)射信號的相關(guān)處理實現(xiàn)對目標的探測距離、方位、相對速度。

三、車載毫米波雷達的核心零部件及成品
MMIC 芯片和天線 PCB 板是毫米波雷達的硬件核心，以 FMCW 汽車雷達系統(tǒng)為例，主要包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模塊。

1、MMIC(單片微波集成電路)
MMIC 具有電路損耗低、噪聲低、頻帶寬、動態(tài)范圍大、功率大、抗電磁輻射能力強等特點。它包括多種功能電路，如低噪聲放大器（LNA）、功率放大器、混頻器、檢波器、調(diào)制器、壓控振蕩器(VCO)、移相器等。

毫米波雷達的核心芯片來自國外廠商，幾乎被他們壟斷。從毫米波雷達芯片國內(nèi)外企業(yè)的市場占有率來看，目前國際市場主要被恩智浦（NXP）、英飛凌、德州儀器（TI）等芯片設計公司占據(jù)。

代表廠商：得捷電子、富士通、飛思卡爾、英飛凌、安森美、恩智浦、意法半導體、瑞薩電子

國內(nèi)的毫米波雷達芯片業(yè)目前還未形成規(guī)模。毫米波芯片是涉及學科范圍非常廣的高難度工程，國內(nèi)企業(yè)在以下兩個方面還與國外大公司有一定的差距：

●芯片核心技術(shù)積累少，創(chuàng)新應用基本由國外巨頭引領(lǐng)；

●差異化產(chǎn)品創(chuàng)新、品牌信譽度還有待進一步提升。

隨著我國集成電路產(chǎn)業(yè)化進程的加快，國內(nèi)芯片設計企業(yè)已經(jīng)開始布局毫米波雷達領(lǐng)域。

清華大學、清能華波等單位在毫米波雷達芯片領(lǐng)域有著深厚的積累，東南大學毫米波國家重點實驗室已完成 8mm 波段混頻器、倍頻器、開關(guān)、放大器等單功能芯片的研制，目前正在開展單片接收 / 發(fā)射前端的設計與研制；國內(nèi) 24GHz/77GHz MMIC 關(guān)鍵技術(shù)也在不斷獲得突破，其中由意行半導體自主研發(fā)的 24GHz SiGe 雷達射頻前端 MMIC 套片，率先實現(xiàn)了國內(nèi)該領(lǐng)域零的突破，現(xiàn)已實現(xiàn)量產(chǎn)和供貨。前年，加特蘭微電子發(fā)布了其國內(nèi)首款 77GHz CMOS 車載毫米波雷達收發(fā)芯片。南京米勒也正在研發(fā)雷達 MMIC。

長期以來，在國家項目、企業(yè)合作和社會資本的通力支持下，部分企業(yè)已經(jīng)完成了毫米波雷達全集成核心芯片的研發(fā)，并逐步進入產(chǎn)業(yè)化進程，毫米波雷達核心芯片將會在未來 3 到 5 年之內(nèi)逐步實現(xiàn)部分自主可控。

2、雷達天線高頻 PCB 板
天線是汽車毫米波雷達有效工作的關(guān)鍵設計之一， 同時也是毫米波車用雷達能否贏得市場的關(guān)鍵。毫米波雷達天線的主流方案是微帶陣列，簡單說將高頻 PCB 板集成在普通的 PCB 基板上實現(xiàn)天線的功能，需要在較小的集成空間中保持天線足夠的信號強度。77Ghz 雷達更高規(guī)格的高頻 PCB 板，77GHz 雷達的大范圍運用將帶來相應高頻 PCB 板的巨大需求。例如博世的 LRR3，相比于第 2 代 LRR 需要用幾個砷化鎵芯片生成、放大并檢測 77GHz 微波，Bosch 第 3 代 LRR 極大簡化了雷達天線 PCB 板，僅使用 1 或 2 個英飛凌硅鍺芯片。

由于 ADAS 的功能，往往是通過傳感器+處理器的方式捆綁銷售，使得系統(tǒng)供應商在里面擔當了產(chǎn)業(yè)鏈中核心角色，基于毫米波雷達的 ADAS 技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫等傳統(tǒng)零部件系統(tǒng)供應商巨頭所壟斷。國內(nèi)高頻 PCB 板廠商暫無技術(shù)儲備，只能根據(jù)圖紙代加工，元器件仍需國外進口。滬電股份是大陸和博世的板材供應商，目前已就 24GHz 和 77GHz 高頻雷達用 PCB 產(chǎn)品與國際頂尖廠商 Schweizer 開展合作。

目前雷達天線高頻 PCB 板由滬電股份、Rogers(羅杰斯)、Isola、Schweizer（施瓦茨，目前滬電股份持有公司 19.74%股權(quán)）等少數(shù)公司掌握。國內(nèi)高頻 PCB 板廠商暫無技術(shù)儲備，只能根據(jù)圖紙代加工，仍需國外進口。國內(nèi)的滬電股份是大陸和博世的 PCB 板材供應商。

3、全球毫米波雷達主要供貨廠商分布
國外：
毫米波雷達關(guān)鍵技術(shù)被外商壟斷，集中度較高。在全球毫米波雷達市場上，占主導地位的是德國、美國、日本等國家。目前毫米波雷達技術(shù)主要被博世（Bosch）、大陸集團（Continental）、天合汽車集團（TRW）、法雷奧（Valeo）、海拉（Hella）、德爾福（Delphi）、電裝（Denso）、奧托立夫（Autoliv）、富士通（Fujitsu）等廠商壟斷；其中，77GHz 毫米波雷達技術(shù)被壟斷于博世、大陸、德爾福、電裝、TRW、富士通天、Hitachi 等公司手中。2016 年，博世和大陸全球毫米波雷達市場占有率均為 17%，并列第一；電裝、海拉并列第二，市場份額為 11%，采埃孚占據(jù) 8%，德爾福占據(jù) 6%，奧托立夫占據(jù) 4%。前七大供應商巨頭市場占有率達到 73%。

目前中國 24GHz 雷達市場主要由法雷奧（Valeo）、海拉（Hella）和博世（Bosch）主導，合計出貨量占總出貨量的 60%以上；中國 77GHz 雷達主要由大陸集團（Continental）、博世（Bosch）和德爾福（Delphi）主導，合計出貨量約占總出貨量的 80%。

國內(nèi)：
國內(nèi)企業(yè)加速追趕，24GHz 仍是主流方向
國內(nèi)毫米波雷達依賴進口，受限國外技術(shù)封鎖，24GHz 毫米波雷達是主流方向。目前中國市場中高端汽車裝配的毫米波雷達傳感器全部都依賴國外進口，市場被美、日、德企業(yè)壟斷，價格昂貴，并采取了技術(shù)封鎖，自主可控迫在眉睫。國內(nèi)自主車載毫米波雷達產(chǎn)品總體仍處于研制階段?？紤]到研發(fā)成本和 77GHz 開發(fā)技術(shù)受限，目前國內(nèi)廠商對于毫米波雷達的研發(fā)方向集中于 24GHz。據(jù)麥姆斯咨詢研究表明，2016 年中國汽車預裝毫米波雷達的數(shù)量達到 105 萬個，其中 24GHz 雷達占比 63.8%，77GHz 雷達占比 36.2%。

中國第一批做毫米波雷達的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，大多都成立在 2014-2016 這幾年，團隊往往是科研背景、軍工背景、或供應商跳槽創(chuàng)業(yè)背景。比如海歸派：森思泰克、杭州智波?？蒲性核桑盒幸椎馈⒛暇姥?、蘇州安智、蘇州豪米波。實業(yè)轉(zhuǎn)型派：深圳安智杰、深圳承泰、湖南納雷。還有依萊達、德賽西威、木牛、雷博泰克、深圳卓影等。

目前國內(nèi)市場上 24GHz 毫米波雷達的產(chǎn)品體系已經(jīng)相對成熟，供應鏈已經(jīng)相對穩(wěn)定，24GHz 的核心芯片射頻芯片能從英飛凌、飛思卡爾等芯片供應商獲得。

但是，目前在全球范圍內(nèi) 77GHz 毫米波雷達芯片并沒有穩(wěn)定的供應體系，由于相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)與合作協(xié)議的原因，英飛凌、飛思卡爾、意法半導體等芯片商對中國并沒有放開 77GHz 雷達芯片的供應，因此國內(nèi) 77GHz 毫米波雷達的開發(fā)受到一些限制。

目前，行易道、德賽西威、森斯泰克等企業(yè)已經(jīng)逐步實現(xiàn) 77GHz 毫米波雷達的量產(chǎn)，開始和國內(nèi)整車廠展開合作，并占有了部分的國內(nèi)市場份額。華域汽車 2017 年 24GHz 后向毫米波雷達實現(xiàn)量產(chǎn)，保隆科技于 2 月發(fā)布其自主研發(fā)的 24GHz 和 77Ghz 毫米波雷達產(chǎn)品。納雷科技、杭州智波科技等公司也都取得一定的市場化進展。

審核編輯 黃昊宇