毫米波雷达产业链!

ittbank 2020-07-10

一、什么是毫米波雷达

毫米波雷达是指利用波长1-10nm,频率30GHZ-300GHZ的毫米波,通过测量回波的时间差算出距离。毫米波雷达始用于军事领域,随着技术水平的提升,开始逐渐应用于汽车领域。

毫米波雷达优劣势


目前各个国家对车载毫米波雷达分配的频段各有不同,但主要集中在24GHz和77GHz,少数国家(如日本)采用60GHz频段。由于77G相对于24G的诸多优势,未来全球车载毫米波雷达的频段会趋同于77GHz频段(76-81GHz)。

毫米波雷达24GHz和77GHz比较

77 GHz在性能和体积上都更具优势。目前车载雷达的频率主要分为24GHZ频段和77GHZ频段。与24GHz毫米波雷达相比,77GHz的距离分辨率更高,体积更是小了三分之一。2018年,中国新车评价规程(C-NCAP)将自动紧急制动系统(AEBS)纳入评分体系,从而将带动77GHz毫米波雷达在未来的市场需求。而从长远来看,77GHz毫米波雷达的体积更小、探距更长,使得其较24GHz毫米波雷达将具备更大的市场空间。


24GHz与77GHz毫米波雷达兼备于ADAS的长短距检测。毫米波雷达因其硬件体积小,且不受恶劣天气影响,被广泛应用在ADAS系统之中。24GHz目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。雷达安装在车辆的后保险杠内,用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。77GHz雷达在探测精度与距离上优于24GHz雷达,主要用来装配在车辆的前保险杠上,探测与前车的距离以及前车的速度,实现的主要是紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。完全实现ADAS各项功能一般需要“1长+4中短”5个毫米波雷达,奥迪A8搭载5个毫米波雷达(1LRR+4MRR),奔驰S级搭载6个毫米波雷达(1LRR+6SRR)。目前77GHz的毫米波雷达系统单价在1000元左右,24GHz毫米波雷达单价在500元左右。

奔驰S级搭载6个毫米波雷达


二、车载毫米波雷达的原理

车载毫米波雷达通过天线向外发射毫米波,接收目标反射信号,经后方处理后快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息(如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度、运动方向等),然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别分类,进而结合车身动态信息进行数据融合,最终通过中央处理单元(ECU)进行智能处理。经合理决策后,以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员,或及时对汽车做出主动干预,从而保证驾驶过程的安全性和舒适性,减少事故发生几率。

毫米波雷达工作路径简图


根据辐射电磁波方式不同,毫米波雷达主要有脉冲体制以及连续波体制两种工作体制。其中连续波又可以分为FSK(频移键控)、PSK(相移键控)、CW(恒频连续波)、FMCW(调频连续波)等方式。


根据辐射电磁波方式不同,毫米波雷达主要有脉冲体制以及连续波体制两种工作体制。其中连续波又可以分为FSK(频移键控)、PSK(相移键控)、CW(恒频连续波)、FMCW(调频连续波)等方式。

由于可测量多个目标、分辨率较高、信号处理复杂度低、成本低廉、技术成熟,FWCW雷达成为最常用的车载毫米波雷达,德尔福、电装、博世等Tier 1供应商均采用FMCW调制方式。


FMCW雷达系统主要包括收发天线、射频前端、调制信号、信号处理模块等。毫米波雷达通过接收信号和发射信号的相关处理实现对目标的探测距离、方位、相对速度。

三、车载毫米波雷达的核心零部件及成品

MMIC芯片和天线PCB板是毫米波雷达的硬件核心,以FMCW汽车雷达系统为例,主要包括天线、收发模块、信号处理模块。

1、MMIC(单片微波集成电路)

MMIC具有电路损耗低、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、抗电磁辐射能力强等特点。它包括多种功能电路,如低噪声放大器(LNA)、功率放大器、混频器、检波器、调制器、压控振荡器(VCO)、移相器等。


毫米波雷达的核心芯片来自国外厂商,几乎被他们垄断。从毫米波雷达芯片国内外企业的市场占有率来看,目前国际市场主要被恩智浦(NXP)、英飞凌、德州仪器(TI)等芯片设计公司占据。


代表厂商:得捷电子、富士通、飞思卡尔、英飞凌、安森美、恩智浦、意法半导体、瑞萨电子


国内的毫米波雷达芯片业目前还未形成规模。毫米波芯片是涉及学科范围非常广的高难度工程,国内企业在以下两个方面还与国外大公司有一定的差距:

●芯片核心技术积累少,创新应用基本由国外巨头引领;

●差异化产品创新、品牌信誉度还有待进一步提升。


随着我国集成电路产业化进程的加快,国内芯片设计企业已经开始布局毫米波雷达领域。


清华大学、清能华波等单位在毫米波雷达芯片领域有着深厚的积累,东南大学毫米波国家重点实验室已完成8mm波段混频器、倍频器、开关、放大器等单功能芯片的研制,目前正在开展单片接收/发射前端的设计与研制;国内24GHz/77GHz MMIC关键技术也在不断获得突破,其中由意行半导体自主研发的24GHz SiGe雷达射频前端MMIC套片,率先实现了国内该领域零的突破,现已实现量产和供货。前年,加特兰微电子发布了其国内首款77GHz CMOS车载毫米波雷达收发芯片。南京米勒也正在研发雷达MMIC。


长期以来,在国家项目、企业合作和社会资本的通力支持下,部分企业已经完成了毫米波雷达全集成核心芯片的研发,并逐步进入产业化进程,毫米波雷达核心芯片将会在未来3到5年之内逐步实现部分自主可控。


2、雷达天线高频PCB板

天线是汽车毫米波雷达有效工作的关键设计之一, 同时也是毫米波车用雷达能否赢得市场的关键。毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列,简单说将高频PCB板集成在普通的PCB基板上实现天线的功能,需要在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。77Ghz雷达更高规格的高频PCB板,77GHz雷达的大范围运用将带来相应高频PCB板的巨大需求。例如博世的LRR3,相比于第2代LRR需要用几个砷化镓芯片生成、放大并检测77GHz微波,Bosch第3代LRR极大简化了雷达天线PCB板,仅使用1或2个英飞凌硅锗芯片。

由于ADAS的功能,往往是通过传感器+处理器的方式捆绑销售,使得系统供应商在里面担当了产业链中核心角色,基于毫米波雷达的ADAS技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫等传统零部件系统供应商巨头所垄断。国内高频PCB板厂商暂无技术储备,只能根据图纸代加工,元器件仍需国外进口。沪电股份是大陆和博世的板材供应商,目前已就24GHz和77GHz高频雷达用PCB产品与国际顶尖厂商Schweizer开展合作。


目前雷达天线高频PCB板由沪电股份、Rogers(罗杰斯)、Isola、Schweizer(施瓦茨,目前沪电股份持有公司19.74%股权)等少数公司掌握。国内高频PCB板厂商暂无技术储备,只能根据图纸代加工,仍需国外进口。国内的沪电股份是大陆和博世的PCB板材供应商。


3、全球毫米波雷达主要供货厂商分布

国外:

毫米波雷达关键技术被外商垄断,集中度较高。在全球毫米波雷达市场上,占主导地位的是德国、美国、日本等国家。目前毫米波雷达技术主要被博世(Bosch)、大陆集团(Continental)、天合汽车集团(TRW)、法雷奥(Valeo)、海拉(Hella)、德尔福(Delphi)、电装(Denso)、奥托立夫(Autoliv)、富士通(Fujitsu)等厂商垄断;其中,77GHz毫米波雷达技术被垄断于博世、大陆、德尔福、电装、TRW、富士通天、Hitachi等公司手中。2016年,博世和大陆全球毫米波雷达市场占有率均为17%,并列第一;电装、海拉并列第二,市场份额为11%,采埃孚占据8%,德尔福占据6%,奥托立夫占据4%。前七大供应商巨头市场占有率达到73%。

▲毫米波雷达海外主要供应商及产品


目前中国24GHz雷达市场主要由法雷奥(Valeo)、海拉(Hella)和博世(Bosch)主导,合计出货量占总出货量的60%以上;中国77GHz雷达主要由大陆集团(Continental)、博世(Bosch)和德尔福(Delphi)主导,合计出货量约占总出货量的80%。


国内:
国内企业加速追赶,24GHz仍是主流方向

国内毫米波雷达依赖进口,受限国外技术封锁,24GHz毫米波雷达是主流方向。目前中国市场中高端汽车装配的毫米波雷达传感器全部都依赖国外进口,市场被美、日、德企业垄断,价格昂贵,并采取了技术封锁,自主可控迫在眉睫。国内自主车载毫米波雷达产品总体仍处于研制阶段。考虑到研发成本和77GHz开发技术受限,目前国内厂商对于毫米波雷达的研发方向集中于24GHz。据麦姆斯咨询研究表明,2016年中国汽车预装毫米波雷达的数量达到105万个,其中24GHz雷达占比63.8%,77GHz 雷达占比36.2%。

▲24GHz毫米波雷达是主流方向

中国第一批做毫米波雷达的创业企业,大多都成立在2014-2016这几年,团队往往是科研背景、军工背景、或供应商跳槽创业背景。比如海归派:森思泰克、杭州智波。科研院所派:行易道、南京隼眼、苏州安智、苏州豪米波。实业转型派:深圳安智杰、深圳承泰、湖南纳雷。还有依莱达、德赛西威、木牛、雷博泰克、深圳卓影等。


目前国内市场上24GHz毫米波雷达的产品体系已经相对成熟,供应链已经相对稳定,24GHz的核心芯片射频芯片能从英飞凌、飞思卡尔等芯片供应商获得。


但是,目前在全球范围内77GHz毫米波雷达芯片并没有稳定的供应体系,由于相关知识产权与合作协议的原因,英飞凌、飞思卡尔、意法半导体等芯片商对中国并没有放开77GHz雷达芯片的供应,因此国内77GHz毫米波雷达的开发受到一些限制。


目前,行易道、德赛西威、森斯泰克等企业已经逐步实现77GHz毫米波雷达的量产,开始和国内整车厂展开合作,并占有了部分的国内市场份额。华域汽车2017年24GHz后向毫米波雷达实现量产,保隆科技于2月发布其自主研发的24GHz和77Ghz毫米波雷达产品。纳雷科技、杭州智波科技等公司也都取得一定的市场化进展。

国内毫米波雷达市场规模预测

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