智能汽车产业研究系列（五）：毫米波雷达优势明显，核心壁垒是芯片、天线阵列、波形设计

1 01 02 03 04 2 /CONTENTS 01 02 03 04 05 06 07 3 01 4 1.1    5 1.1 按射频频率分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达和激光雷达。射频频率不同，电磁波传播速度均为光速，频率高则波长短。 使用110mm的电磁波，工作在30-300GHz频段。主要用于探测 ，具备在恶劣天气中工作的特性。 利用激光束搭载信息，工作在光频段（30~1000THz）。它用于精 确获得三维位置信息，能确定物体的位置、大小、外部形貌以及材质。 测距（最远距离、测距精度、测距分辨率）、测速（最大速度、速度精度、速度分辨率）、测方位角（视场角、角度精度、角度分辨率）、测俯仰角（视场角、角度精度、角度分辨率）。另外毫米波雷达有一个核心亮点是带宽；激光雷达则是一个可以全面反映激光雷达感知能力的综合指标“点频”。 毫米波雷达适用于远距离、恶劣天 气，成本较低。激光雷达精度高，精确定位建模，但在恶劣天气中效果较差 ，成本较高。 6  77GHz24GHz  77GHz 3  5cm 79GHz 77GHz 24GHz 1.1 24GHz60GHz77GHz79GHz  BSD) LCA)   150   15-30m); 250MHz)  77GHz  FCW) AEB) ACC)   100- 200m  24G1/3 800MHz) 24GHz 24GHz   60GHz 5mm 60GHz 7  1.1 5 360 L1 4-8 1-3 1-3 0 6-14 L2 8-12 3-11 1-3 0 14-26 ,w 250m (ADAS) L3 8-12 3-11 5-7 1 17-34 L4 8-12 3-11 5-7 2 18-35  300 L5 8-12 3-11 5-7 4 20-37 8 1.1 FMCW  根据电磁波的发射和接收时间延时计算得到雷达到目标的距离。 根据多普勒效应＋跟踪目标微积分计算得到目标的相对速度。    θres≈2/N(rad)  dres=c/2B 雷达的速度分辨率：vres=λ/（2NTc）=λ/（2Tf） 波长越短，一帧的时间越长雷达的速度分辨率越高。  9 1.1    ) (  110℃60 130℃15  150    10 1.2 4D MMICSiGeGaAsCMOS DSP+FPGA 2021 4D 50% 11 1.2   FMCW    12 1.2    4D 0.1 1550nmFMCW 4D 13 1.2 上游元器材的采购成本在雷达生产总成本的占比超过。是影响产业链价格的关键因素。其中射频前端组件在硬件成本中占比，数字信号处理器占比，高频板占比，控制占比，其他材料占。 射频前端组件：是毫米波雷达的核心射频部分，包括发射器、接收器等部分，通过单片集成化，实现调制、发射、接收和解调毫米波信号。技术目前主流，但随小型化需求增长，工艺逐渐成为主流技术，国内企业如加特兰微、岸达科技等已推出量产产品。 数字信号处理器：和是毫米波雷达的核心部件，占据硬件成本 的左右。高端和芯片主要由国外企业供应，如、英飞 凌、赛灵思等。 高频板：天线是毫米波雷达关键设计组件，通过高频板实现微带列阵方式，提高产品精度。国际生产企业如罗杰斯、、松下电工等供应高频。国内生产企业为生益科技，市场化程度较低。 控制电路：控制电路是毫米波雷达实现主动控制的最后一环，包含报警显示系统和启动制动系统，占据总生产成本的。 14 1.2 毫米波雷达中游企业：雷达方案供应商完成雷达系统设计、天线设计和后端算法开发，提供毫米波雷达方案模块或整机产品 。方案集成商基于毫米波雷达技术，为各应用领域提供智能集 成方案，如汽车tier1供应商和智能交通方案集成商。 市场格局：目前，国际企业如博世、大陆、安波福在中国毫米波雷达中游市场占主导地位。中国本土企业如木牛科技、森思泰克、华域电子、华为、承泰科技在汽车雷达领域实现量产，加速国产化替代。智能交通领域中游企业主要有慧尔视、海康智联、大华股份、象德信息、宇视科技、木牛科技、雷森电子 。智能家居雷达市场已初步形成，参与者包括云帆瑞达、迈睿 智能、电目科技、精益远达、全耀传感、易探科技、速数智能 。智慧康养领域中游企业有清雷科技、兆观科技、德心智能、苗米科技、英特睿达、知谱科技、算丰征途。 15 1.2     16 1.2 24GHZ 2004 24GHz 77GHz 24 77GHz MRRLRR 2013 77GHz 76- 2477GHz 24GHZ77GHz 2477GHz 24GHz77GHz 247779GHz 201977GHzHS577GHz 7779GHz 77GHz 79GHz 17  2025 1MMIC 1BBIC 377GHz 1.3 2.4 4D 1 CMOSCMOSSiGe 2 77GHz 70% 24GHz77GHz 40% MMIC 36% 18% 20202021202220232024E2025E 0% 0 10% 500 20% 1000 30% 1500 40% 2000 50% 2500 60% 3000 % 2432.1 2025 3D 3D 00 2500 263 4D 50 2000 197 00 1500 50 1000 00 500 50 0 0 2021 2022 2023 2024E 2025E 2019 2023 3 2 2 1 1 2021-202562% 18 1.3 MMICPCB   MMIC Infineon（ TINXP（ ST ADI PCB Rogers（ Isola Schweizer （19.74% MCU Infineon（ TINXP（ ST ADI MCW 19 02 20 2.1 毫米波雷达的主要硬件为：射频芯片（MMIC）、微带贴片天线、数字信号处理器（DSP/FPGA）、PCB基板及控制电路等。 MMIC芯片（单片微波集成电路）是在半绝缘半导体衬底上用一系列的半导体工艺方法制造出无源和有源元器件，并连接起来构成应用于微 波、毫米波频段的功能电路，负责毫米波信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调，成本占比超过50%，是车载雷达的核心。 MMIC50% MMIC 10% PCB 20% 20% DSP/FPGA 50% 21 2.1 MMIC 全集成毫米波雷达芯片的基本架构包括发射机、接收机、雷达信号源等射频毫米波组件，中频处理、A/D转换等基带处理模拟组件，微控制器 、数字信号处理等数字组件。 毫米波雷达的设计难点集中在高功率宽带发射机、高灵敏度宽带接收机、高精度雷达信号源等方面，因此，毫米波雷达芯片中毫米波阻抗匹配 技术、输出功率提高技术和相控阵技术成为衡量重要性能衡量标准。 毫米波阻抗匹配技术  毫米波放大器的工作带宽 分布式结构和多级放大器结构  输出功率提高技术  移相器技术  22 2.1 MMIC   4D MIMO + 方案 具体介绍 核心组件 优势 现有问题 厂商 级联 将芯片通过二级联/四级联/八级联增加实体天线MIMO 英飞凌、TI、NXP等公司的MMIC芯片 前期开发难度低、上市周期较短 体积大、成本高、多芯片同时运 算功耗高、中频同步的技术难题、 良品率瓶颈 博世、木牛科技、采埃孚、Waymo、华为 级联+虚拟孔径成像技术+集成芯片 在级联的方式上通过独特的虚拟孔径成像软件算法和天线设计做成高倍效虚拟MIMO 独特的虚拟孔径成像，软件算法和天线设计 提供虚拟MIMO解決方案、成本控制较易、天线数量可实现倍增 天线的布局规划、波形和后续的效据处理 傲酷、几何伙伴等 集成芯片 将多发多收天线集中在一颗芯片中，形成的 ASIC芯片 ASIC芯片以及与之配套的算法 体积小、每通道成本较低的 同时实现先进的射频性能 天线布局规划以及相互干扰问题 的处理、散热问题、信噪比提升、算法固化问题 Arbe.、Uhnder、Vayaar等 23 2.1 MMICSiGeCMOS SiGeMMIC  SiGe MMICMCUDSP CMOS SiGe 40% MMIC CMOSAiP CMOS SiGe SiGe CMOS 1 2 CMOSMMIC MMIC 类型 GaAs SiGe CMOS 时间 1990-2009 2009至今 2017至今 速度 超快 快 快 故障 高 中 低 功率增益 非常好 好 一般 温度控制 好 好 差 逻辑密度 非常低 高频PCB板 非常高 相对成本 1 0.5 0.3 前端射频芯片需要量 7-8颗 2-5颗 仅1颗 前端射频芯片成本占比 40%左右 36% 18% 24 2.1 77GHz 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，代表厂商有得捷电子、富士通、飞思卡尔、英飞凌、安森美、恩智浦、意法半导体、瑞萨电子等。24GHz国产化率较高，77GHz仅部分国产玩家实现量产。 目前，我国大量研究机构和企业都在努力开发雷达传感器用芯片技术，并且已经有了一些重大突破，国产替代进口的实现指日可待。 单位 最新进度 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，正在开展单片接收/发射前端的设计与研制 意行半导体 已实现77GHz的MMIC芯片量产和供货 加特兰微电子 已发布77GHzCMOS车载毫米波雷达收发芯片 杭州岸达科技 已发布77GHzCMOS毫米波雷达芯片ADT2001，是全球首款基于CMOS工艺,采用相控阵系统架构,单颗芯片集成16通道的车载77GHzCMOS毫米波雷达芯片。 润积电 已推出77GHz毫米波雷达芯片RF77TR34，采用RFCMOS工艺，集成了收发机（3T4R）、PLL、VCO等，已实现量产和供货 矽典微电子、矽杰微、岸达科技、微度芯创、旷时科技 已实现或已推出量产77GHz毫米波雷达芯片产品 24Hz77Hz77Hz 25 2.2 DSP DSP+FPGA FPGA FPGA  DSP FPGA DSP+FPGA FFT 1 4DARS540ZynqUltraScale+MPSoCFPGADSPARS540 DSP+FPGA4D 26 2.3 SoC SoCMMICDSPMCUSoC SoC SoC CPU  SoC AutomotiveSPICE SoC CMOS+AiP+SOCGaAs15% 27 03 28 λg/2 ARS PCB 3.1  3   SRR） 29 3.1 PCB PCB 1/4   PCB 30200m 12030m 60100m 30 3.2 AOP    AntennaonpackageFromASEtechnology VR/AR PCB 31 AiP PCB 3.2 PCB PCB AoB PCB AoB AiPMMIC AiP     AiP PCB 30% AiP AiPTI AiP 32 3.3 AD