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專欄文章

【十分鐘看懂】高頻毫米波車用雷達天線陣列

2021-02-09 釋五吉

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近些年隨著汽車工業日益,帶動自駕車發展趨勢,使得毫米波技術從國防及通訊等用途,也發展成安全駕駛輔助系統之重要技術之一。

 

2015年的世界無線電通信大會上,各國以將77GHz頻段劃分為「車載高分辨率雷達頻段」,由於歐洲電信標準協會(ETSI)和美國聯邦傳播委員會(FCC)制定的頻譜規格和標準自20189月起禁止新產品使用24GHz超寬頻段。

在解析度方面,因計算公式為光速/兩倍的雷達頻寬,因此頻寬只有250MHz24GHz解析度為75公分,77GHz的解析度則約為4公分,77GHz具有精度高的優點,如此77GHz毫米波雷達不僅可偵測更遠的距離、速度也更快,且能分辨出車、行人、腳踏車的型態,而24GHz雷達較無法辨識出障礙物的樣子,常用於短距離的偵測系統。

理論上頻率越高傳輸距離會越來越短,因為從天空雜訊及介質損耗等等原因來看,高頻的衰減比低頻更大,77GHz79GHz的衰減至少是24GHz的九倍以上,為了要達到解析度高且掃描更為精準,又必須避免衰減問題,通常會使用天線陣列,依不同需求也會設計不同的天線。

圖、12x8之串列陣列天線及對應場型1 圖、12x8之串列陣列天線及對應場型2

圖、12x8之串列陣列天線及對應場型

 

天線陣列不僅可以解決衰減問題,使雷達探測距離提升,還能藉由改變天線個數及距離來控制波束,及為波束形成技術,我們能自由地設計出雷達場型,降低旁辦為準(Side Lobe Level)使掃描更為精準種種好處。若需要波束掃描,我們也能藉由IC改變相位讓場型偏移,也能使用波束掃描電路,例如巴特勒矩陣或是羅曼透鏡等電路來實現掃描,來提升波束掃描的角度。

 

參考資料

[1] 77/79GHz高頻毫米波雷達推動車用感測改朝換代。 [Online]. Available: https://ictjournal.itri.org.tw/Content/Messagess/contents.aspx?MmmID=654304432122064271&MSID=1036477754473316312

[2]“Why are automotive radar systems moving from 24GHz to 77GHz? “. [Online]. Available: https://e2e.ti.com/blogs_/b/behind_the_wheel/archive/2017/10/25/why-are-automotive-radar-systems-moving-from-24ghz-to-77ghz

[3] 自駕車毫米波雷達技術發展探討。[Online]. Available: https://www.moea.gov.tw/MNS/doit/industrytech/IndustryTech.aspx?menu_id=13545&it_id=155


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