陶瓷電路板—毫米波雷達(dá)中的“異軍突起”

目前，超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和多攝像頭系統(tǒng)已經(jīng)在高端汽車上應(yīng)用，隨著智能駕駛發(fā)展勢如破竹，環(huán)境感知技術(shù)將快速發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)揮協(xié)同作用。毫米波雷達(dá)從上世紀(jì)起就已在高檔汽車中使用，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在ADAS 系統(tǒng)中。

汽車毫米波雷達(dá)指利用波長為毫米級（主要使用24GHz、77GHz或79GHz）的雷達(dá)（附圖：中國無線電頻率劃分方法）。毫米波雷達(dá)具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波雷達(dá)穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候(大雨天除外)、全天時的特點(diǎn)，其用在汽車上可以快速準(zhǔn)確獲取汽車車身周圍信息如相對距離、相對速度、角度、是否有物體、運(yùn)動方向等，并根據(jù)所探知的信息，進(jìn)行目標(biāo)追蹤、目標(biāo)識別分類，并作出相應(yīng)警示或決策。

從20世紀(jì)80年代中期開始，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)的集成度大幅提高，成本降低，體積減小，精度較高，系統(tǒng)功能逐步豐富。隨著國內(nèi)不斷涌現(xiàn)出毫米波雷達(dá)終端產(chǎn)品及核心器件公司，中國毫米波雷達(dá)領(lǐng)域在相關(guān)公司的技術(shù)積累和資本的積極推動下，逐步在全球市場也占據(jù)了一席之地。

毫米波雷達(dá)具有波長短、頻帶寬（頻率范圍大），穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)形成了毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢。

n 1.穿透能力強(qiáng)，不受天氣影響。大氣對雷達(dá)波段的傳播具有衰減作用，毫米波雷達(dá)無論在潔凈空氣中還是在雨霧、煙塵、污染中的衰減都弱于紅外線、微波等，具有更強(qiáng)的穿透能力。毫米波雷達(dá)波束窄、頻帶寬、分辨率高，在大氣窗口頻段不受白天和黑夜的影響具有全天候的特點(diǎn)。

n 2.體積小巧緊湊，識別精度高。毫米波波長短，天線口徑小，元器件尺寸小，這使得毫米波雷達(dá)系統(tǒng)體積小重量輕，容易安裝在汽車上。對于相同的物體，毫米波雷達(dá)的截面積大、靈敏度高，可探測和定位小目標(biāo)，識別精度更高。

n 3.可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離感知與探測。毫米波雷達(dá)分為遠(yuǎn)距離雷達(dá)（LRR）和近距離雷達(dá)（SRR），由于毫米波在大氣中衰減弱，所以可以探測感知到更遠(yuǎn)的距離，其中遠(yuǎn)距離雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)超過200m的感知與探測。

毫米波雷達(dá)的多項(xiàng)優(yōu)勢，其目前在汽車防撞傳感器中占比較大，根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)，毫米波/微波雷達(dá)+攝像頭在汽車防撞傳感器中占比達(dá)到了70%。下表列出了目前市場上主流的車用傳感器性能及優(yōu)缺點(diǎn)：

毫米波雷達(dá)主要包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模塊和報警模塊。通過對接收信號和發(fā)射信號的處理，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測距離、方位和相對速度的測量。其中毫米波器件的模塊化、射頻收發(fā)前段是雷達(dá)系統(tǒng)的核心部位。如何降低成本、提高功率成為各公司在市場上脫穎而出的關(guān)鍵因素。

天線作為汽車毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的一個關(guān)鍵元件，其性能將深深地影響雷達(dá)的探測距離和角度。

雷達(dá)天線的作用是將電能和電磁波之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，包括發(fā)射天線和接收天線。當(dāng)前毫米波雷達(dá)天線的主流方案是微帶列陣，將天線集成在高頻PCB板上，在較小的集成空間中保持天線足夠的信號強(qiáng)度。

汽車毫米波雷達(dá)對天線的要求有：較高的增益、較低的損耗、尺寸小、易于與平面電路集成等。毫米波雷達(dá)使用的天線包括：早期的喇叭天線、反射陣天線、微帶天線陣、透鏡天線。喇叭天線空間尺寸較大，難于與平面電路集成；反射陣天線和透鏡天線一般具有相對較高的增益，也具有較大的尺寸，安裝也不便利。平面天線尺寸較小，易于與射頻電路集成，但其增益較低。目前使用較多的是平面陣列的形式。天線的集成對于PCB基板的要求較高，創(chuàng)造了較大需求。前端單片PCB，又稱前端微波集成電路（MMIC），包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號處理器等組成，具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。斯利通作為陶瓷電路板的先驅(qū)者，多年來專注于各種新型陶瓷材料的微電子加工技術(shù)，除常規(guī)的氧化鋁/氮化鋁陶瓷基板外，氮化硅、碳化硅、金剛石、壓電陶瓷材料也能實(shí)現(xiàn)電路板制作。斯利通跟多所高校和科研結(jié)構(gòu)保持緊密合作，優(yōu)秀的技術(shù)團(tuán)隊(duì)為客戶提供定制化方案，實(shí)力工廠為客戶提供放心產(chǎn)品，專業(yè)售后為客戶免去后顧之憂，真正解決客戶的痛難點(diǎn)。

目前大多數(shù)毫米波雷達(dá)中的MMIC主要工藝為GaAs工藝、SiGe工藝和CMOS工藝。不同于傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體，GaAs（砷化鎵）屬于化合物半導(dǎo)體，又稱III-V族半導(dǎo)體。GaAs材料的電子遷移率非常高，且漂移速度快，具有很好的高頻特性，且電路損耗小、噪聲低、功率大、功率增益高。所以GaAs材料和器件工藝目前比較成熟，在毫米波雷達(dá)集成電路中使用最為廣泛。CMOS可在低電壓條件下運(yùn)行，因此可降低耗電量。且CMOS集成度較高，可以有效降低毫米波雷達(dá)的尺寸。同時，相對于GaAs，CMOS材料更加廉價，量產(chǎn)能力強(qiáng)，所以CMOS技術(shù)可以降低毫米波雷達(dá)的成本。但CMOS技術(shù)目前存在發(fā)熱量高、低頻區(qū)噪聲偏大等問題。隨著新材料性能的開發(fā)和研究，未來這些問題也必將能夠解決。

毫米波雷達(dá)由于其眾多優(yōu)勢，成為 ADAS 不可或缺的核心傳感器類型。隨著 ADAS 的發(fā)展以及毫米波雷達(dá)技術(shù)的完善和提高，毫米波雷達(dá)有望在無人駕駛領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，并為行車安全提供全天候保障。無人駕駛與智能汽車是工業(yè)互聯(lián)的發(fā)展趨勢，伴隨著行業(yè)整體的大發(fā)展，國內(nèi)毫米波雷達(dá)企業(yè)也將擁有較大的發(fā)展機(jī)會，并迎來高速發(fā)展時期。

斯利通陶瓷電路板

審核編輯黃宇