毫米波雷達是利用毫米波(波長:1mm至10mm/頻率:30GHz至300GHz)來檢測物體的距離、位置信息和相對速度的雷達。除了毫米波雷達之外,一般檢測距離的傳感器還有激光雷達、超聲波、立體攝像頭等。毫米波雷達的優點是探測距離超過150m。不受陽光、雨、霧等影響。缺點是很難檢測無線電波反射率低的材料,例如紙板或聚苯乙烯泡沫塑料。
毫米波雷達的應用
毫米波雷達應用于汽車、工業機械、無人機等。它尤其常被用作汽車中的安全裝置。
ADAS(高級駕駛輔助系統)是目前在汽車中廣泛使用的安全裝置。自適應巡航控制和碰撞緩解制動等 ADAS 功能使用 76GHz 頻段毫米波雷達來檢測前方情況。未來,我們將轉向 79GHz 頻段,以獲得更高的分辨率和更高的精度。
此外,盲點監視器使用 24GHz 頻段。一旦自動駕駛汽車完全開發出來,毫米波雷達可能會得到更多的應用。
毫米波雷達原理
毫米波雷達的組成部分主要是處理發射無線電波的合成器、發射無線電波的Tx天線、接收反射無線電波的Rx天線以及處理接收信號的CPU。
毫米波雷達的原理是雷達使用Tx天線發射經過合成器處理的無線電波,Rx天線接收物體反射的無線電波,CPU對其進行處理以測量距離。
測量距離和速度的方法主要有兩種:脈沖法和FMCW法。角度測量方法主要是電子掃描。
1、脈沖法
這是一種發射直線度較高的毫米波波段的脈沖無線電波,并根據無線電波被物體反射后返回的時間來計算距離的方法。
2. 調頻連續波方式
該方法根據發射頻率隨時間變化的無線電波產生的拍頻(頻率差)計算距離,并在發射信號和目標物體反射的信號之間造成干擾。
3、電子掃描法
使用多個接收天線并檢測每個天線之間的相位差。根據相位差可以計算出被測物體的角度。
有關毫米波雷達的其他信息
1、毫米波雷達精度
毫米波雷達將短波長擴散到周圍區域,因此可以高精度檢測周圍的障礙物和物體。它對物體具有高分辨率,可以以 0.1 毫米的增量檢測物體的形狀及其移動(變化)情況。
在物體檢測距離方面也比紅外激光器和超聲波激光器有優勢。紅外激光和超聲波激光的探測距離約為20m,超聲波激光的探測距離約為1m,但毫米波雷達可以探測到150m外的物體。
毫米波雷達即使在惡劣環境下也能保持高精度。紅外和超聲波激光的精度會因周圍溫度等變化而變化,而毫米波雷達是無線電波傳感器,因此直線度高,無論環境如何,都可以穩定地檢測物體。
2、毫米波雷達造成的無線電干擾
未來,如果自動駕駛汽車普及,毫米波雷達將更頻繁地在高密度環境中使用,引發人們對雷達之間無線電波干擾的擔憂。
如果發生無線電波干擾,可能會干擾毫米波雷達的目標檢測,導致誤檢測,從而導致嚴重的交通事故。為了使毫米波雷達表現出高距離分辨率,它必須使用分配給每輛車雷達的所有 3 至 4 GHz 頻率。避免這種情況的技術發展至關重要。
3、毫米波雷達的弱點
正如前面提到的,毫米波雷達即使在惡劣的環境下也可以輕松穩定地測量到物體的距離,但另一方面,也有一些物體很難檢測到。
這是對相對較小物體的檢測,例如紙板和其他對無線電波反射率較低的物體。當考慮到物體的距離時,它具有擅長檢測遠距離物體,但難以檢測近距離物體的特點。
不過,毫米波雷達仍在開發中,未來的技術進步可能會導致開發出能夠消除上述弱點的雷達。
4、毫米波雷達未來技術趨勢
迄今為止,具有出色識別分辨率的LiDAR(光檢測和測距)一直是自動駕駛所需的主要傳感器,但隨著雷達技術的創新,現在可以實現接近LiDAR的識別分辨率。推動該技術的關鍵詞是半導體微加工技術的進步、頻率帶寬的擴展以及波束成形等天線技術的進步。
半導體微制造技術的進步
CMOS 小型化技術的進步不僅使得使用更小、更便宜的毫米波信號處理 IC 成為可能。數字波束形成技術旨在充分利用毫米波頻段的高頻電路技術(終極模擬技術)和數字技術來形成高效波束,目前各公司和研究機構正在積極開發。是。
擴大頻率帶寬
最重要的是,確保5GHz頻段從76GHz到81GHz是一個重要的項目。頻率帶寬的增加可以直接導致雷達距離的增加。據稱,在不久的將來,從136GHz到148.5GHz的連續12.5GHz D-band頻段將可供雷達使用,因此毫米波雷達技術將變得越來越重要。
天線技術的演進 天線技術的
進步,特別是陣列天線技術和超緊湊、低損耗陣列天線集成模塊技術的進步非常重要。這將使毫米波雷達具有更高的輸出和更高的效率。
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