什么是毫米波雷达?

什么是毫米波雷达? 

毫米波雷达，是最近两年比较热的一个词，尤其是在智能汽车、无人驾驶的应用上越来越多的被提及到。提到毫米波雷达，大家更多想到的是车载应用的毫米波雷达，其实毫米波雷达的出现有几十年的时间，而且毫米波雷达在汽车上的应用也有很长的时间。言归正题，今天来介绍一下“什么是毫米波雷达”

毫米波雷达：顾名思义，就是工作在毫米波频段的雷达。 

要想理解毫米波雷达，要把毫米波雷达拆成两个词语，即“毫米波 + 雷达”，对这两个词语分别做解释。 

首先，毫米波（英文写作Millimeter-Wave，常见缩写：mmW），是指波长在1~10mm的电磁波，其对应的频率范围为30~300GHz。毫米波介于微波和厘米波之间，所以其具有微波和厘米波这两种波谱的优点，也同时具有自己独特的性质。

 

毫米波在电磁波谱中的位置

毫米波的特性：
根据电磁波的传播理论，频率越高，波长越短，分辨率越高，穿透能力越强，但在传播过程的损耗也越大，传输距离越短；相对地，频率越低，波长越长，绕射能力越强，传输距离越远。所以与微波相比，毫米波的频率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外线相比，毫米波的大气衰减小、对烟雾灰尘具有更好的穿透性、受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时全天候的工作能力。

 

 

电磁波大气衰减特性图

 

通常大气层中水汽、氧气会对电磁波有吸收作用，目前绝大多数毫米波应用研究集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上。所谓的“大气窗口”是指电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段。如上图所示，我们可以看到毫米波传播受到衰减较小的“大气窗口”主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz频段附近。而在60GHz、120GHz、180GHz频段附近衰减出现极大值，即“衰减峰”。一般说来，“大气窗口”频段比较适用于点对点通信，已被低空空地导弹和地基雷达所采用，而“衰减峰”频段被多路分集的隐蔽网络和系统优先选用，用以满足网络安全系数的要求。

综上所述，毫米波的优点与缺点如下：

优点：

1）极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为26.5～300GHz，带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只能使用四个主要窗口，但这四个窗口的总带宽也可达135GHz，为微波以下各波段带宽之和的5倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。

2）波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。

3）与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性。

4）和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化。

 缺点：

1）大气中传播衰减严重。

2）器件加工精度要求高。

 

所以，车载毫米波雷达频段主要集中在在24GHz、60GHz和77GHz这3个频段。其中，24GHz的波长是1.25cm（虽然24GHz的波长是1.25cm，但是业界也依然将其称之为毫米波），60GHz是5mm，77GHz的波长则只有3.9mm。正如前面所说，频率越高波长越短，分辨率、精准度就越高。所以，精度更高的77GHz毫米波雷达正努力成为汽车领域主流传感器。

 

下面来简要介绍一下“雷达”

 雷达，是英文 Radar 的音译，源于radio detection and ranging的缩写，意思为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行发射并接收其反射的回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

 

 

雷达简要原理

 雷达的出现，是源于第一次世界大战期间，英国和德国交战，英国急需一种能探测空中金属物体的技术，能帮助搜寻德国飞机，提前预知和躲避空袭。第二次世界大战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地、空对空、敌我辨识功能的雷达技术。

 随着电子领域的科技进步，雷达技术的不断进化，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。

 按雷达频段分，可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。

 回到了本文的主题“什么是毫米波雷达”

 

毫米波雷达是工作在毫米波频段的雷达，具有以下特性：

 1）频带极宽，适用于各种宽带信号处理；

2）可以在小的天线尺寸情况下得到窄波束，方向性好，有极高的空间分辨力，跟踪精度较高；

3）有较宽的多普勒带宽，多普勒效应明显，具有良好的多普勒分辨力，测速精度较高；

4）地面杂波和多径效应影响小；

5）毫米波散射特性对目标形状的细节敏感，因而可提高多目标分辨对目标识别的能力与成像质量；

6）毫米波与激光和红外相比，虽然它没有后者的分辨率高，但它具有穿透烟、灰尘和雾的能力，可全天候工作。

 

而且得益于目前半导体技术的不断进步，毫米波雷达已经克服了早期的元器件批量生产成品率低，器件集成度不高等缺点。目前已经有射频前端、MCU+DSP 的单芯片产品面世，大大简化了毫米波雷达产品的设计周期和成本。 在不久的将来，现实生活中，我们会越来越多的看到、听到、用到使用毫米波雷达础的产品，帮助我们实现更便利的生活。