本土毫米波雷达厂商的桎梏与突破

目前，随着大家对行车安全、智能驾驶的愈发关注，自动驾驶、高级驾驶辅助系统（ADAS）逐渐成为人们关注的焦点，ADAS 是实现自动驾驶的基础，汽车智能化推动 ADAS 的快速发展。

根据美国高速公路安全管理局的定义，目前全球正处于汽车自动化程度的第 2 个阶段。可见，自动驾驶和 ADAS 在未来存在广阔的市场空间。

自动驾驶或 ADAS 是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶，因此，高精度、高灵敏度的传感器是无人驾驶汽车中最为核心部件之一。目前，车用传感器有很多种类，包括毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达和摄像头等，它们会分置在汽车的各个角落，实现对周围环境高精度感知。

其中，毫米波雷达凭借多种优势在 ADAS 和自动驾驶的发展过程中充当起重要角色，成为相关企业竞争、抢占市场的关键。

本文就来介绍一下车载毫米波雷达的发展现状、产业格局，以及国内厂商的突围之势。

概述

·毫米波雷达工作原理

毫米波雷达工作频段为 30~300GHz、波长 1~10mm，介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。与激光雷达相比，目前毫米波雷达技术更加成熟、应用更加广泛、成本更加低廉；相较于可见光摄像头，毫米波雷达的准确性和稳定性更好，价格差距也在不断缩小。尤其是毫米波雷达具有全天候全天时工作特点，无惧雨雪、雾霾、黑夜等恶劣天气，在汽车主动安全领域，毫米波雷达已成为 ADAS 可靠性保障不可或缺的核心部件之一。

毫米波雷达检测原理（点击可看大图，下同）

图片来源：前瞻产业研究院、CSDN

雷达通过天线向外发射毫米波，接收目标反射信号，经后方处理后快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息(如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度、运动方向等)，然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别分类，进而结合车身动态信息进行数据融合，最终通过中央处理单元(ECU)进行智能处理。经合理决策后，以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员，或及时对汽车做出主动干预，从而保证驾驶过程的安全性和舒适性，减少事故发生几率。

·历史进展

图片来源：盖世汽车研究院

发展萌芽期：20 世纪 40 年代，毫米波雷达开始出现；早期研究应用主要集中在汽车领域，但由于体积庞大、价格昂贵等原因，发展一度陷入停滞；80 年代初，毫米波雷达首先应用于军事领域，后期，欧洲也在“欧洲高效安全交通系统计划”指导下开启了对车载毫米波雷达的重新研制；

开发期：20 世纪 90 年代，随着微电子技术的发展，使得产品小型化、集成化成了可能，雷达开发进程开始提速。1999 年，奔驰 S 级轿车率先采用 77GHz 毫米波雷达实现自适应巡航功能；

实用化到普及期：21 世纪，随着汽车市场需求增长，产业进入蓬勃发展阶段。2013 年，国外 24GHz 雷达进入中国市场，77GHz 对中国采取技术封锁。到 2017 年左右，国产 24GHz 开始实现量产，77GHz 雷达进入样机阶段，未来将会继续加快渗透。

·毫米波雷达频段现状

此前，各国对车载毫米波雷达使用的频段较为混乱，牵制了毫米波雷达在汽车领域的发展。2015 年世界通讯大会为车载毫米波雷达制订了专属的频段，频率范围规定在 76~81GHz。目前，各个国家对车载毫米波雷达分配的频段各有不同，但主要集中在 24GHz 和 77GHz 两种，少数国家（如日本）采用 60GHz 频段。

图片来源：盖世汽车研究院

根据其探测距离范围毫米波雷达可分为：短程毫米波雷达 SRR（60 米以下）、中程毫米波雷达 MRR（100 米左右）、长程毫米波雷达 LRR（200 米以上）。通常 24GHz 雷达检测范围为中短距离，77GHz 为长距离。

24GHz 频段

24.0GHz 到 24.25GHz 的频段是窄带(NB)，带宽为 250MHz。其中，24GHz 频带还包括一个带宽为 5GHz 的超宽带(UWB)。

在短程雷达中，24GHz 频段的 NB 和 UWB 雷达已经应用于传统的汽车传感器上。通常 NB 雷达可以完成盲点检测、变道辅助等简单应用，但在大多数情况下包括超短距离的情况下，由于高频分辨率的需求，需要使用 UWB 雷达。

77GHz 频段

反观 77GHz 频段，其中 76-77GHz 频段可用于远程车载雷达，并且该频段有等效同性各向辐射功率(EIRP)的优势，可控制前端远程雷达，适用于紧急制动、自适应巡航控制等功能。

该频段在日本和欧洲可用于交通基础设施中的雷达系统，可以完成车辆计数、交通阻塞、事故检测、车速测量和通过检测车辆激活交通灯等任务。77-81GHz 短程雷达(SRR)频段是新加入的频段。该频段可提供高达 4GHz 的宽扫描带宽，显著提高了距离分辨率（雷达传感器能够分离两个相邻物体的能力）和精度（测量单个目标时的精确度），非常适合需要高范围分辨率(HRR)的应用。

77GHz 汽车雷达的主要优点是分配的频段更宽，距离分辨率更高，体积相比 24GHz 雷达小，目标探测能力强，但是 77GHz 雷达的生产加工工艺要求更高，国外企业在此工艺水平大幅领先于国内市场。

从 ADAS 到自动驾驶的演进促进了毫米波雷达的需求。就单车装载量看，目前，L2 阶段配置基本是 1 个长距+2 个短距，到 L3 级别自动驾驶系统时，中长距离毫米波雷达至少需要 4-5 个，L4/L5 级别再加上侧向需求，毫米波雷达甚至需要 8 个以上。

根据美国 FCC 和欧洲 ESTI 的规划，24GHz 的宽频段（21.65-26.65GHz）将在 2022 年过期，之后 24GHz 能用的仅剩下 24.05-24.25GHz 范围的窄带频谱。24GHz 频段缺乏宽带宽，再加上新兴雷达应用中对更高性能的需求，使得 24GHz 频段对新兴雷达没有吸引力，尤其是在当前对自动停车和全景视图感兴趣的汽车领域。

反之，在 77GHz 频段，汽车雷达将能使用 77-81GHz 高达 4GHz 的带宽。同时，2018 年，中国新车评价规程（C-NCAP）将自动紧急制动系统（AEBS）纳入评分体系，从而将带动 77GHz 毫米波雷达在未来的市场需求。可见，随着车用雷达系统对精度要求的提升和规划走向，未来车载毫米波雷达将以 77GHz（76-81GHz）为趋势。

·毫米波雷达工艺进程

毫米波雷达技术工艺经历了三段发展历程：1990~2007 年的砷化镓(GaAs)工艺；2007~2017 年的锗硅（SiGe）工艺；2017 至今的 CMOS 工艺。目前，高集成的 CMOS 工艺将迎来增长期。

砷化镓(GaAs)工艺

1990 年初用的是 GaAs 工艺，其最大特点是速度快。但在砷化镓的毫米波雷达当中，由于金属层少、芯片集成度低，需要大量芯片搭建毫米波射频前端（7-8 颗 MMIC/3-4 颗 BBIC），导致雷达模块体积和价格不具备吸引力。导致半导体厂家都不愿意用这种工艺制造雷达。

锗硅(SiGe)工艺

从 2007 年开始毫米波雷达市场渗透率开始有了质的飞跃，目前 SiGe 制程在 24GHz 和 77GHz 毫米波雷达中有着广泛的使用。

SiGe 工艺最早是由 IBM 于 1998 年推出的量产方案，之后便广泛用于无线通信 IC 制程技术之一，也是目前较高端车型中普遍采用的量产 77GHz 毫米波雷达。

其主要优势在于噪声低，动态范围大，且制程成熟，既拥有硅工艺的集成度、良率和成本优势，又具备第 3 到第 5 类半导体（如砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP））在速度方面的优点。成本相对 GaAs 工艺来讲也有大幅下降。

CMOS 工艺

CMOS 制程是 77GHz 雷达的后起之秀。相对于 SiGe 而言，CMOS 整体造价又下降了 40%。其次，CMOS 的集成度非常高，所以 RF 前端芯片占比也下降了。整个雷达模块设计的复杂度和难度的降低，也加速了整个设计开发的时间周期。

而在研发生产过程中，CMOS 工艺研发的难点一个是在 CMOS 本身能承受的功率较少，在低功率下要保证距离范围的覆盖需要一些技术手段。另一个就是 CMOS 噪声较大，需要在硬件设计和降噪算法上多下功夫。基于 CMOS 工艺的 77GHz 雷达进入市场时间较短，性能优化空间还非常大，国内厂商还需在 CMOS 上做更多的技术积累，有利于提高未来的市场竞争力。

说到 CMOS 工艺，上海加特兰微电子公司值得一提，他们是全球首家量产 CMOS 毫米波雷达收发单芯片的公司，也是亚洲第一家通过车规认证的 77GHz 毫米波雷达芯片公司，并且还是全球首家成功导入前装车辆并量产的 CMOS-77GHz 毫米波雷达芯片的公司。

小结

频段上，77GHz 毫米波雷达在距离分辨率和精度等性能上有大幅提升，正逐渐替代 24GHz 成为未来的主流；

工艺上，毫米波雷达芯片的重要趋势是 CMOS 工艺成为主流，CMOS 工艺不仅可将 MMIC 做得更小，甚至可以与微控制单元（MCU）和数字信号处理（DSP）集成在一起，做成 SoC，实现更高的集成度，显著地降低系统尺寸、功耗和成本，还能嵌入更多的功能，也将处于快速增长期。

毫米波雷达产业现状

据市场研究机构 Plunkeet Research 预测，2020 年全球毫米波雷达的出货量将达到 7000 万个，市场规模将达到 50 亿美元，2015-2020 年的年均复合增速约为 24%。据中商产业研究院统计，2018 年国产车载毫米波雷达为 42 亿元，预计到 2020 年中国毫米波雷达或将超 70 亿元。

图片来源：前瞻产业研究院

可见，虽然距离 L5 或 L4 级自动驾驶大规模落地还有相当一段时间，但作为自动驾驶关键器件的毫米波雷达的市场规模却在以惊人的速度增长。