一、什么是毫米波雷達(dá)
毫米波雷達(dá)是指利用波長(zhǎng)1-10nm,頻率30GHZ-300GHZ的毫米波,通過測(cè)量回波的時(shí)間差算出距離。毫米波雷達(dá)始用于軍事領(lǐng)域,隨著技術(shù)水平的提升,開始逐漸應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。
毫米波雷達(dá)優(yōu)劣勢(shì)
目前各個(gè)國(guó)家對(duì)車載毫米波雷達(dá)分配的頻段各有不同,但主要集中在24GHz和77GHz,少數(shù)國(guó)家(如日本)采用60GHz頻段。由于77G相對(duì)于24G的諸多優(yōu)勢(shì),未來全球車載毫米波雷達(dá)的頻段會(huì)趨同于77GHz頻段(76-81GHz)。
毫米波雷達(dá)24GHz和77GHz比較
77 GHz在性能和體積上都更具優(yōu)勢(shì)。目前車載雷達(dá)的頻率主要分為24GHZ頻段和77GHZ頻段。與24GHz毫米波雷達(dá)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(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程(C-NCAP)將自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)(AEBS)納入評(píng)分體系,從而將帶動(dòng)77GHz毫米波雷達(dá)在未來的市場(chǎng)需求。而從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,77GHz毫米波雷達(dá)的體積更小、探距更長(zhǎng),使得其較24GHz毫米波雷達(dá)將具備更大的市場(chǎng)空間。
24GHz與77GHz毫米波雷達(dá)兼?zhèn)溆?span lang="EN-US">ADAS的長(zhǎng)短距檢測(cè)。毫米波雷達(dá)因其硬件體積小,且不受惡劣天氣影響,被廣泛應(yīng)用在ADAS系統(tǒng)之中。24GHz目前大量應(yīng)用于汽車的盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、變道輔助。雷達(dá)安裝在車輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi),用于監(jiān)測(cè)車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進(jìn)行變道。77GHz雷達(dá)在探測(cè)精度與距離上優(yōu)于24GHz雷達(dá),主要用來裝配在車輛的前保險(xiǎn)杠上,探測(cè)與前車的距離以及前車的速度,實(shí)現(xiàn)的主要是緊急制動(dòng)、自動(dòng)跟車等主動(dòng)安全領(lǐng)域的功能。完全實(shí)現(xiàn)ADAS各項(xiàng)功能一般需要“1長(zhǎng)+4中短”5個(gè)毫米波雷達(dá),奧迪A8搭載5個(gè)毫米波雷達(dá)(1LRR+4MRR),奔馳S級(jí)搭載6個(gè)毫米波雷達(dá)(1LRR+6SRR)。目前77GHz的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)單價(jià)在1000元左右,24GHz毫米波雷達(dá)單價(jià)在500元左右。
奔馳S級(jí)搭載6個(gè)毫米波雷達(dá)
二、車載毫米波雷達(dá)的原理
車載毫米波雷達(dá)通過天線向外發(fā)射毫米波,接收目標(biāo)反射信號(hào),經(jīng)后方處理后快速準(zhǔn)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(duì)距離、相對(duì)速度、角度、運(yùn)動(dòng)方向等),然后根據(jù)所探知的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識(shí)別分類,進(jìn)而結(jié)合車身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,最終通過中央處理單元(ECU)進(jìn)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(shí)對(duì)汽車做出主動(dòng)干預(yù),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。
毫米波雷達(dá)工作路徑簡(jiǎn)圖
根據(jù)輻射電磁波方式不同,毫米波雷達(dá)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。
根據(jù)輻射電磁波方式不同,毫米波雷達(dá)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(cè)量多個(gè)目標(biāo)、分辨率較高、信號(hào)處理復(fù)雜度低、成本低廉、技術(shù)成熟,FWCW雷達(dá)成為最常用的車載毫米波雷達(dá),德爾福、電裝、博世等Tier 1供應(yīng)商均采用FMCW調(diào)制方式。
FMCW雷達(dá)系統(tǒng)主要包括收發(fā)天線、射頻前端、調(diào)制信號(hào)、信號(hào)處理模塊等。毫米波雷達(dá)通過接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離、方位、相對(duì)速度。
三、車載毫米波雷達(dá)的核心零部件及成品
MMIC芯片和天線PCB板是毫米波雷達(dá)的硬件核心,以FMCW汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)為例,主要包括天線、收發(fā)模塊、信號(hào)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(dòng)態(tài)范圍大、功率大、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。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(dá)的核心芯片來自國(guó)外廠商,幾乎被他們壟斷。從毫米波雷達(dá)芯片國(guó)內(nèi)外企業(yè)的市場(chǎng)占有率來看,目前國(guó)際市場(chǎng)主要被恩智浦(NXP)、英飛凌、德州儀器(TI)等芯片設(shè)計(jì)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(dǎo)體、瑞薩電子
國(guó)內(nèi)的毫米波雷達(dá)芯片業(yè)目前還未形成規(guī)模。毫米波芯片是涉及學(xué)科范圍非常廣的高難度工程,國(guó)內(nèi)企業(yè)在以下兩個(gè)方面還與國(guó)外大公司有一定的差距:
芯片核心技術(shù)積累少,創(chuàng)新應(yīng)用基本由國(guó)外巨頭引領(lǐng);
差異化產(chǎn)品創(chuàng)新、品牌信譽(yù)度還有待進(jìn)一步提升。
隨著我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快,國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)已經(jīng)開始布局毫米波雷達(dá)領(lǐng)域。
清華大學(xué)、清能華波等單位在毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域有著深厚的積累,東南大學(xué)毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)與研制;國(guó)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(dǎo)體自主研發(fā)的24GHz SiGe雷達(dá)射頻前端MMIC套片,率先實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域零的突破,現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和供貨。前年,加特蘭微電子發(fā)布了其國(guó)內(nèi)首款77GHz CMOS車載毫米波雷達(dá)收發(fā)芯片。南京米勒也正在研發(fā)雷達(dá)MMIC。
長(zhǎng)期以來,在國(guó)家項(xiàng)目、企業(yè)合作和社會(huì)資本的通力支持下,部分企業(yè)已經(jīng)完成了毫米波雷達(dá)全集成核心芯片的研發(fā),并逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,毫米波雷達(dá)核心芯片將會(huì)在未來3到5年之內(nèi)逐步實(shí)現(xiàn)部分自主可控。
2、雷達(dá)天線高頻PCB板
天線是汽車毫米波雷達(dá)有效工作的關(guān)鍵設(shè)計(jì)之一, 同時(shí)也是毫米波車用雷達(dá)能否贏得市場(chǎng)的關(guān)鍵。毫米波雷達(dá)天線的主流方案是微帶陣列,簡(jiǎn)單說將高頻PCB板集成在普通的PCB基板上實(shí)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(hào)強(qiáng)度。77Ghz雷達(dá)更高規(guī)格的高頻PCB板,77GHz雷達(dá)的大范圍運(yùn)用將帶來相應(yīng)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(gè)砷化鎵芯片生成、放大并檢測(cè)77GHz微波,Bosch第3代LRR極大簡(jiǎn)化了雷達(dá)天線PCB板,僅使用1或2個(gè)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(yīng)商在里面擔(dān)當(dāng)了產(chǎn)業(yè)鏈中核心角色,基于毫米波雷達(dá)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(yīng)商巨頭所壟斷。國(guó)內(nèi)高頻PCB板廠商暫無技術(shù)儲(chǔ)備,只能根據(jù)圖紙代加工,元器件仍需國(guó)外進(jìn)口。滬電股份是大陸和博世的板材供應(yīng)商,目前已就24GHz和77GHz高頻雷達(dá)用PCB產(chǎn)品與國(guó)際頂尖廠商Schweizer開展合作。
目前雷達(dá)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(guó)內(nèi)高頻PCB板廠商暫無技術(shù)儲(chǔ)備,只能根據(jù)圖紙代加工,仍需國(guó)外進(jìn)口。國(guó)內(nèi)的滬電股份是大陸和博世的PCB板材供應(yīng)商。
3、全球毫米波雷達(dá)主要供貨廠商分布
國(guó)外:
毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)被外商壟斷,集中度較高。在全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)上,占主導(dǎo)地位的是德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家。目前毫米波雷達(dá)技術(shù)主要被博世(Bosch)、大陸集團(tuán)(Continental)、天合汽車集團(tuán)(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(dá)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(dá)市場(chǎng)占有率均為17%,并列第一;電裝、海拉并列第二,市場(chǎng)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(yīng)商巨頭市場(chǎng)占有率達(dá)到73%。
毫米波雷達(dá)海外主要供應(yīng)商及產(chǎn)品
目前中國(guó)24GHz雷達(dá)市場(chǎng)主要由法雷奧(Valeo)、海拉(Hella)和博世(Bosch)主導(dǎo),合計(jì)出貨量占總出貨量的60%以上;中國(guó)77GHz雷達(dá)主要由大陸集團(tuán)(Continental)、博世(Bosch)和德爾福(Delphi)主導(dǎo),合計(jì)出貨量約占總出貨量的80%。
國(guó)內(nèi):
國(guó)內(nèi)企業(yè)加速追趕,24GHz仍是主流方向
國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)依賴進(jìn)口,受限國(guó)外技術(shù)封鎖,24GHz毫米波雷達(dá)是主流方向。目前中國(guó)市場(chǎng)中高端汽車裝配的毫米波雷達(dá)傳感器全部都依賴國(guó)外進(jìn)口,市場(chǎng)被美、日、德企業(yè)壟斷,價(jià)格昂貴,并采取了技術(shù)封鎖,自主可控迫在眉睫。國(guó)內(nèi)自主車載毫米波雷達(dá)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(guó)內(nèi)廠商對(duì)于毫米波雷達(dá)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(guó)汽車預(yù)裝毫米波雷達(dá)的數(shù)量達(dá)到105萬個(gè),其中24GHz雷達(dá)占比63.8%,77GHz 雷達(dá)占比36.2%。
24GHz毫米波雷達(dá)是主流方向
中國(guó)第一批做毫米波雷達(dá)的創(chuàng)業(yè)企業(yè),大多都成立在2014-2016這幾年,團(tuán)隊(duì)往往是科研背景、軍工背景、或供應(yīng)商跳槽創(chuàng)業(yè)背景。比如海歸派:森思泰克、杭州智波。科研院所派:行易道、南京隼眼、蘇州安智、蘇州豪米波。實(shí)業(yè)轉(zhuǎn)型派:深圳安智杰、深圳承泰、湖南納雷。還有依萊達(dá)、德賽西威、木牛、雷博泰克、深圳卓影等。
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上24GHz毫米波雷達(dá)的產(chǎn)品體系已經(jīng)相對(duì)成熟,供應(yīng)鏈已經(jīng)相對(duì)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(yīng)商獲得。
但是,目前在全球范圍內(nèi)77GHz毫米波雷達(dá)芯片并沒有穩(wěn)定的供應(yīng)體系,由于相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)與合作協(xié)議的原因,英飛凌、飛思卡爾、意法半導(dǎo)體等芯片商對(duì)中國(guó)并沒有放開77GHz雷達(dá)芯片的供應(yīng),因此國(guó)內(nèi)77GHz毫米波雷達(dá)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(shí)現(xiàn)77GHz毫米波雷達(dá)的量產(chǎn),開始和國(guó)內(nèi)整車廠展開合作,并占有了部分的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。華域汽車2017年24GHz后向毫米波雷達(dá)實(shí)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(dá)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(chǎng)化進(jìn)展。
國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
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