汽車高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）中不同類型雷達(dá)傳感器應(yīng)用的電路材料的選擇方法

　　當(dāng)多個(gè)雷達(dá)目標(biāo)距離較近時(shí)，例如在道路擁堵時(shí)的兩輛車，就需要精確的雷達(dá)距離分辨率來區(qū)分被探測到的物體?？梢岳幂^短的雷達(dá)脈沖探測目標(biāo)，盡管較短的脈沖或任何類型的信號(hào)都會(huì)只有較少的能量從目標(biāo)反射回雷達(dá)接收器。通過使用脈沖壓縮可以將更多的能量添加到更短的脈沖中，其中相位或頻率調(diào)制可以提高其功率水平。為此，基于調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)信號(hào)(也稱為“線性調(diào)頻”信號(hào))的雷達(dá)通常用于車輛雷達(dá)系統(tǒng)。

　　對(duì)目標(biāo)速度的估計(jì)可以通過多普勒效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，多普勒效應(yīng)是指根據(jù)目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)而從雷達(dá)獲得的目標(biāo)反射的信號(hào)頻率的變化。多普勒頻移與波長成反比：根據(jù)雷達(dá)目標(biāo)是接近還是遠(yuǎn)離雷達(dá)源，分別為取正或負(fù)值。

　　FMCW或線性調(diào)頻雷達(dá)系統(tǒng)可以測量多個(gè)目標(biāo)的速度，距離和角度。 雖然工作于24GHz下的窄帶(NB)和超寬帶(UWB)FMCW雷達(dá)得到了廣泛的應(yīng)用，但該頻段的應(yīng)用正在逐漸減少。在車載安全系統(tǒng)中越來越多地使用1GHz帶寬的窄帶77-GHz雷達(dá)系統(tǒng)。 此外，汽車行業(yè)正在研究UWB 79-GHz雷達(dá)，以備未來的應(yīng)用。 CW雷達(dá)相對(duì)簡單，可以檢測目標(biāo)的速度，但不能檢測目標(biāo)的距離。脈沖連續(xù)波雷達(dá)還可以使用多個(gè)多普勒頻率估計(jì)距離。 脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖重復(fù)頻率(PRF)是設(shè)計(jì)性能可靠的脈沖連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

　　由于脈沖壓縮，F(xiàn)MCW雷達(dá)的距離分辨率與FMCW信號(hào)的帶寬成反比，而與脈沖寬度無關(guān)。 短程FMCW雷達(dá)使用UWB波形可以高分辨率的測量小距離。 多普勒分辨率是脈沖寬度和用于估計(jì)的脈沖數(shù)量的函數(shù)。任何雷達(dá)系統(tǒng)中的雜波都是由感興趣目標(biāo)以外的物體反射的雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生的噪聲。在任何雷達(dá)系統(tǒng)中，與周圍的其他物體相比，雷達(dá)必須從眾多被雷達(dá)信號(hào)照射的物體中識(shí)別出有效目標(biāo)。

　　車載電子安全系統(tǒng)利用其他物理參數(shù)(如視覺和光線)向車輛的ADAS域控制器提供可用數(shù)據(jù)，域控制器是執(zhí)行傳感器信息融合以幫助安全引導(dǎo)車輛的信息處理中心。前置攝像頭用于車道偏離警告和物體檢測的成像，而后置攝像頭可以根據(jù)需要提供反向和附加成像。光檢測和測距(LiDAR，激光雷達(dá))系統(tǒng)將紅外(IR)光的脈沖傳輸?shù)侥繕?biāo)(例如另一輛車或停車場內(nèi)的墻壁)，并檢測返回到源的IR脈沖，基于光的傳播速度來計(jì)算源和目標(biāo)之間的距離。利用關(guān)于IR脈沖的長度和波長以及從反射并返回到車輛中的IR檢測器/接收器所需的時(shí)間等細(xì)節(jié)參量，可以計(jì)算IR照射的物體的位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)。不幸的是，車輛激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能和有效性極易會(huì)受到環(huán)境條件的嚴(yán)重影響，如雪、雨、霧等。

　　車載雷達(dá)系統(tǒng)可以LiDAR系統(tǒng)的方式進(jìn)行工作，但是毫米波頻率的雷達(dá)其對(duì)應(yīng)的波長更小。車載雷達(dá)被指定在某些特定的頻率范圍內(nèi)使用，例如在24,77和79GHz。這些頻段已被多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織批準(zhǔn)使用，例如美國的聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC, www.fcc.org)和歐洲的歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI,www.etsi.org)都已批準(zhǔn)其使用。

　　目前，各種雷達(dá)被用作ADAS應(yīng)用的一部分，F(xiàn)MCW信號(hào)由于在測量多目標(biāo)的速度、距離和角度方面的有效性而得到了廣泛的應(yīng)用。汽車?yán)走_(dá)有時(shí)會(huì)使用工作于24GHz頻段下的窄帶NB和超寬帶UWB設(shè)計(jì)。24GHz 窄帶車載雷達(dá)占用從24.05至24.25 GHz的200 MHz范圍，而24 GHz 的超寬帶雷達(dá)的總帶寬達(dá)5 GHz，從21.65 GHz至26.65 GHz頻段范圍內(nèi)。窄帶24 GHz車載雷達(dá)系統(tǒng)可提供有效的短距離交通目標(biāo)檢測，并用于盲點(diǎn)檢測等簡單功能。超寬帶車載雷達(dá)系統(tǒng)已被應(yīng)用于更高的距離分辨率功能，如自適應(yīng)巡航控制(ACC)，前向碰撞警告(FCW)和自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)(AEB)

　　然而，隨著全球移動(dòng)通信應(yīng)用繼續(xù)消耗“較低”頻率(包括24 GHz附件)的頻譜，車載雷達(dá)系統(tǒng)的頻率變得更高，可用的具有更短的波長的毫米波頻譜成為選擇，頻率分別為77和79 GHz。事實(shí)上，日本已不再使用24-GHz超寬帶車載雷達(dá)技術(shù)。根據(jù)各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI和FCC分別設(shè)定的時(shí)間表，它將在歐洲和美國逐步被淘汰，并被更高頻率的窄帶77GHz和超寬帶79GHz車載雷達(dá)系統(tǒng)取代。 77GHz和79GHz雷達(dá)將以某種形式作為用于自動(dòng)駕駛汽車的功能模塊。

　　材料要求

　　自動(dòng)駕駛汽車將采用許多不同的電子技術(shù)來提供引導(dǎo)，控制和保障安全，包括使用光和電磁波的傳感器。毫米波頻率的雷達(dá)將廣泛使用的信號(hào)頻率范圍和電路技術(shù)一度被認(rèn)為是獨(dú)特的、實(shí)驗(yàn)性的，甚至僅被用于軍事用途的。毫米波雷達(dá)使用的增加是越來越多的電子技術(shù)和電路集成到機(jī)動(dòng)車輛中的一種趨勢，為駕駛員提供方便和支持，使車輛行駛更安全，并使車主和操作員從駕駛車輛的“任務(wù)”中解放出來。在商用機(jī)動(dòng)車輛中使用高頻電子設(shè)備甚至可能觸發(fā)駕駛員與車輛之間的全新方式。至少，使用毫米波雷達(dá)等技術(shù)將改變“駕駛”機(jī)動(dòng)車輛的定義。

　　這些車載毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常以天線開始，并且該天線通常是高性能印刷電路板(PCB)天線，它們被安裝在不同位置，通過發(fā)射和接收低功率毫瓦級(jí)毫米波信號(hào)來檢測或“照射”目標(biāo)。車輛的雷達(dá)和其他電子系統(tǒng)使用不同的方法來提供關(guān)于機(jī)動(dòng)車周圍環(huán)境的信息以供該車輛的周圍物體檢測和分類算法使用。

　　車載雷達(dá)的信號(hào)可能是脈沖或調(diào)制的CW形式。車載雷達(dá)系統(tǒng)用于24GHz下的盲點(diǎn)檢測已有一段時(shí)間。 然而，隨著時(shí)間的推移以及無線通信等其他功能的頻譜競爭的加劇，車載雷達(dá)系統(tǒng)正在向高頻移動(dòng)，帶寬變窄，如以77GHz為中心的約1GHz寬的頻帶范圍，以及79 GHz頻段。

　　無論是在24,77或79 GHz，PCB天線的性能對(duì)于這些車載雷達(dá)系統(tǒng)來說至關(guān)重要，它們需要向目標(biāo)發(fā)射并幾乎瞬間接收如目標(biāo)是另一輛車的反射信號(hào)。關(guān)鍵的PCB天線性能參數(shù)包括增益，方向性和效率，低損耗電路材料對(duì)于獲得良好的PCB天線性能至關(guān)重要(圖2)。 PCB天線的長期可靠性也非常重要，因?yàn)檫@些緊湊型天線及其高頻收發(fā)電路同時(shí)還必須可持續(xù)不間斷地工作(當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí))，并能在更具挑戰(zhàn)性的操作環(huán)境——商業(yè)機(jī)動(dòng)車輛——上可靠地運(yùn)行。

　　圖2：電路材料的低損耗對(duì)于PCB天線獲取高增益和方向性至關(guān)重要，尤其是在毫米波頻率下。