激光雷達、毫米波雷達、攝像頭，被稱爲自動駕駛傳感系統的“三駕馬車”。激光雷達很貴，攝像頭有先天缺陷，但毫米波雷達卻是所有高級別自動駕駛ADAS不可或缺的標配，本文從科普角度爲讀者介紹毫米波雷達。

什麼是毫米波

毫米波，英文名稱爲Millimeter Wave，縮寫爲MMW，波長爲1～10毫米，頻率爲30~300GHz的電磁波。

毫米波的頻率介於微波和紅外線之間，因此兼有這兩種波譜的優點，同時具有自己的特性：

① 與微波相比，具有體積小、質量輕和分辨率高的優點；

② 與紅外、激光相比，穿透煙、霧、灰塵能力強，傳輸距離遠，具有全天候全天時的特點；

③ 性能穩定，不受目標物體形狀和顏色的干擾

因此，毫米波雷達很好彌補了紅外、激光、攝像頭等其他傳感器在車載應用中所不具備的使用場景。

毫米波頻段之爭

大氣層中的水汽、氧氣等會對電磁波有吸收作用，針對於毫米波的應用主要集中在“大氣窗口”和“衰減峯”頻率上。

“大氣窗口”是指毫米波通過大氣層時，衰減比較小、透射率高的波段，主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz五個頻段附近。

“衰減峯”指的是毫米波衰減出現極大值的波段，集中在60GHz、120GHz、180GHz三個頻段附近。

“大氣窗口”頻段適用於點對點通信，目前已被低空空地導彈和地基雷達採用，而“衰減峯”頻段多被一些隱蔽網絡所選用，以滿足網絡安全的要求。

因此，車載毫米波雷達主要集中在24GHz和77GHz這2個頻段。

其中，24GHz的波長是1.25cm，嚴格意義來講，它應該被稱爲釐米波。24GHz是最早被劃分出來作爲民用的頻段，也是汽車最早就一直使用的頻段雷達。

77GHz的波長是3.9mm，是真正意義上的毫米波。由於天線尺寸隨着載波頻率上升而變小，所以77GHz波段的毫米波雷達系統尺寸也會比24GHz更緊湊。

77GHz毫米波雷達正逐步取代24GHz，成爲汽車領域主流的傳感器。

工作原理及組成

毫米波雷達工作原理與激光雷達和攝像頭類似，通過天線向外發射毫米波，並接收目標反射信號，通過對信號進行對比和處理，最終完成對目標的分類識別。

毫米波雷達主要由收發天線、前端收發組件、信號處理器及算法三個部分組成。

① 天線

主要用於發射和接收毫米波，由於毫米波波長只有幾個毫米，而天線長度爲波長1/4時，天線的發射和接收轉換效率最高，因此天線尺寸可以做的很小，同時還可以使用多根天線來構成陣列。

目前主流天線方案是採用微帶陣列，即在印刷電路PCB板上，鋪上微帶線，形成“微帶貼片天線”，以滿足低成本和小體積的需求。

② 前端收發組件MMIC

是毫米波雷達的核心部分，主要負責毫米波信號的調製、發射、接收以及回波信號的解調。

收發組件包含了放大器、振盪器、開關、混頻器等多個電子元器件，常採用單片微波集成電路（MonolithicMicrowave Integrated Circuit，MMIC）。MMIC，屬於半導體集成電路的一種技術，能降低系統尺寸、功率和成本，還能嵌入更多的功能。

③ 信號處理器以及算法

通過芯片嵌入不同的算法，對信號進行處理，實現對探測目標的分類識別。

下圖爲某毫米波雷達的實物拆解圖，其中微帶貼片天線和前端收發組件MMIC爲核心部件，信號處理器集成在了前端收發組件上。

主要作用

爲了滿足不同距離範圍的探測需要，一輛汽車上會安裝多顆短程（SRR）、中程（MRR）和長程（LRR）毫米波雷達。

其中24GHz雷達主要實現近程（Short Range Radar）和中程探測（Middle Range Radar），可用於汽車盲點監測、車道偏離預警、泊車輔助等功能。

而77GHz雷達主要實現遠程探測（Long Range Radar），可用於自動緊急制動、自適應巡航、前向碰撞預警等主動安全領域的功能。

下圖爲奔馳S搭載6個毫米波雷達，包括5個短程雷達和1個長程雷達，分別安裝在汽車不同部位，以實現泊車輔助、主動巡航控制、制動輔助等功能。

目前毫米波雷達技術主要由大陸、博士、電裝、奧托立夫等國外汽車零部件巨頭所壟斷，特別是77GHz毫米波雷達。

本文節選自《一本書看懂無人駕駛》，新書計劃年底出版，歡迎讀者關注。