毫米波器件模块化、射频收发前段是雷达系统核心部件目前使用较多是平面阵列形式天线

2016-10-24 06:39

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导读：毫米波器件模块化、射频收发前段是雷达系统核心部件目前使用较多是平面阵列形式天线。毫米波雷达主要包括天线、收发模块、信号处理模块和报警模块。毫米波器件的模块化、射频收发前段是雷达系统的核心部件。天线作为汽车毫米波雷达系统的一个关键元件，其性能将深深地影响雷达的探测距离和角度。汽车毫米波雷达对天线的要求有：较高的增益、较低的损耗、尺寸小、易于与平面电路集成等。

参考《2016-2022年中国雷达及配套设备制造行业发展态势及十三五投资规划研究报告》

毫米波雷达主要包括天线、收发模块、信号处理模块和报警模块。毫米波器件的模块化、射频收发前段是雷达系统的核心部件。天线作为汽车毫米波雷达系统的一个关键元件，其性能将深深地影响雷达的探测距离和角度。汽车毫米波雷达对天线的要求有：较高的增益、较低的损耗、尺寸小、易于与平面电路集成等。毫米波雷达使用的天线包括：早期的喇叭天线、反射阵天线、微带天线阵、透镜天线。喇叭天线空间尺寸较大，难于与平面电路集成；反射阵天线和透镜天线一般具有相对较高的增益，也具有较大的尺寸，安装也不便利。平面天线尺寸较小，易于与射频电路集成，但其增益较低。目前使用较多的是平面阵列的形式。天线的集成对于PCB基板的要求较高，创造了较大需求。

毫米波雷达的收发前端主要包括波导结构前端，微带结构前端以及前端的单片集成。汽车毫米波雷达要求毫米波收发组件具有体积小、成本低、稳定性好等特点。

传统波导结构，波导结构组件工作可靠性较差、体积较大、成本较高，在汽车毫米波雷达应用上受到很大限制。解决上述问题的一个最可行方法就是收发组件的集成化。通过采用平面电路可以大大减小收发组件体积，适合于大批量生产，提高了稳定性，成品率高。目前毫米波系统集成的方法主要为单片集成电路MMIC（MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit）。目前大多数毫米波雷达中的MMIC主要工艺为GaAs工艺、SiGe工艺和CMOS工艺。

不同于传统的硅半导体，GaAs（砷化镓）属于化合物半导体，又称III-V族半导体。GaAs材料的电子迁移率非常高，且漂移速度快，具有很好的高频特性，且电路损耗小、噪声低、功率大、功率增益高。所以GaAs材料和器件工艺目前比较成熟，在毫米波雷达集成电路中使用最为广泛。GaAsIC目前主要包括MESFET（金属-半导体场效应晶体管，具有微波、高速、大功率和低噪音的优点）、HEMT（高电子迁移率管）和HBT（异质结双极晶体管）。目前主流的MMIC工艺还是GaAs工艺。GaAs半导体的制造流程与硅相似，从上游材料、IC设计、晶圆代工到封装测试，完成GaAs半导体制造的全部产业链。

GaAs半导体产业参与者多为国外IDM厂商。2013年砷化镓市场总产值64.7亿美元中，占比前5的厂商中除了稳懋外，均为集IC设计、晶圆代工、封装测试为一体的IDM厂商。

GaAs（砷化镓）产业链上多个环节都有与毫米波雷达集成电路直接相关的公司。如在砷化镓外延片环节，IntelliEPi的产品可以用在汽车雷达上。砷化镓制造环节稳懋的pHEMT技术产品可以应用在77GHz汽车雷达的MMIC上。IDM厂商中TriQuint公司的GaAs产品时市场上主要的汽车毫米波雷达产品，包括了放大器、倍频器等产品。

CMOS可在低电压条件下运行，因此可降低耗电量。且CMOS集成度较高，可以有效降低毫米波雷达的尺寸。同时，相对于GaAs，CMOS中的Si材料更加廉价，量产能力强，所以CMOS技术可以降低毫米波雷达的成本。但CMOS技术目前存在发热量高、低频区噪声偏大等问题。富士通近期研发出了低成本CMOS毫米波集成电路，可在保证接收芯片高频性能的同时，降低低频区域的噪声，并能大幅较低耗电量。IMEC联合日本松下公司，研制出了基于28nm制程CMOS的79GHz毫米波雷达单片收发机，兼具功耗低、集成度高和成本低的特点。