什么是毫米波雷達(dá)?
毫米波雷達(dá)是一種基于毫米波頻段(30-300 GHz,對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)1-10 mm)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)、測(cè)距、測(cè)速和成像的傳感器技術(shù)。毫米波雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)包括調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)、高增益天線陣列、小型化MMIC集成、高分辨率波束形成等。其工作原理為通過(guò)天線發(fā)射毫米波,接收反射回波后分析目標(biāo)的距離、速度和方位信息。
毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用場(chǎng)景,來(lái)源:與非研究院
毫米波雷達(dá)具備高分辨率、抗干擾能力強(qiáng)、全天候工作等優(yōu)勢(shì),已廣泛應(yīng)用于軍事、汽車、無(wú)人機(jī)、工業(yè)、醫(yī)療、氣象等領(lǐng)域。在半導(dǎo)體、天線、算法等多環(huán)節(jié)的協(xié)同推動(dòng)下,其將在智能交通、自動(dòng)駕駛與物聯(lián)網(wǎng)感知中發(fā)揮越來(lái)越核心的作用。
車載毫米波雷達(dá)按距離分主要以 SRR/MRR/LRR 三種為主,來(lái)源:瑞薩官網(wǎng)
按探測(cè)距離,毫米波雷達(dá)分為四類:
超短程雷達(dá)(USRR):≤15米,用于近距離泊車等;
短程雷達(dá)(SRR):≤50米,常用于泊車輔助、十字路口預(yù)警;
中程雷達(dá)(MRR):≤150米,用于盲區(qū)監(jiān)測(cè)(BSD)、變道輔助;
遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR):≤250米,支持自適應(yīng)巡航(ACC)、自動(dòng)緊急制動(dòng)(AEB)、車道偏離預(yù)警(LDW)等縱向安全功能。
由于SRR、MRR和LRR在近距離存在盲區(qū),常與超聲波雷達(dá)協(xié)同使用。USRR在功能上與超聲波雷達(dá)高度重合,并有替代趨勢(shì)。例如,下一代AK2超聲波雷達(dá)探測(cè)距離提升至7米,最小盲區(qū)僅10厘米,大幅提升近距離探測(cè)能力。
按安裝位置,毫米波雷達(dá)分為:
角雷達(dá)(多為SRR):位于車身兩側(cè)及后部,識(shí)別橫穿目標(biāo)并實(shí)現(xiàn)BSD、變道輔助;
前雷達(dá)(常為MRR或LRR):安裝于前格柵或保險(xiǎn)杠,主要執(zhí)行ACC、AEB等功能。
按工作頻段,毫米波雷達(dá)主要分為24GHz與77GHz兩類。77GHz憑借更高的測(cè)距、測(cè)速與測(cè)角精度,已成為主流方案。為釋放24GHz頻段用于電信、射電天文等領(lǐng)域,歐美監(jiān)管機(jī)構(gòu)如FCC、ETSI已于2022年起禁用24GHz寬帶汽車?yán)走_(dá)。中國(guó)工信部亦自2022年起禁止生產(chǎn)和進(jìn)口24.25-26.65GHz頻段的汽車?yán)走_(dá),僅保留24.05-24.25GHz窄帶產(chǎn)品,并規(guī)劃76-79GHz為汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)專用頻段,進(jìn)一步推動(dòng)77GHz產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
車載毫米波雷達(dá)主要使用 4 個(gè)工作頻段:24GHz 和 77GHz,來(lái)源:瑞薩官網(wǎng)
毫米波雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)測(cè)距、測(cè)速、水平與垂直角度測(cè)量,其關(guān)鍵性能包括:
測(cè)距能力:最遠(yuǎn)探測(cè)距離、距離精度與分辨率;
測(cè)速能力:最大測(cè)速范圍、速度精度與分辨率;
角度能力:視場(chǎng)角、角度精度與分辨率。
這些能力主要受毫米波前端MMIC芯片影響。探測(cè)距離受限于ADC采樣率,而采樣率由芯片架構(gòu)決定;距離和速度精度則與系統(tǒng)信噪比相關(guān),后者受噪聲系數(shù)、相位噪聲等芯片參數(shù)影響。
4D 毫米波雷達(dá)可實(shí)現(xiàn) ADAS 大部分功能,來(lái)源:Yole Développement
4D毫米波雷達(dá)在傳統(tǒng)距離、速度、角度之外增加高度維度,可輸出高分辨率點(diǎn)云和靜態(tài)物體識(shí)別能力,廣泛應(yīng)用于高階自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)。
4D毫米波雷達(dá)通過(guò)增加俯仰角維度,實(shí)現(xiàn)高精度三維成像及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡識(shí)別,有效克服傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的局限。其在AEB、FCW、ACC等ADAS功能中實(shí)用性顯著增強(qiáng),已成為L(zhǎng)2級(jí)ADAS向L3甚至L4/L5級(jí)自動(dòng)駕駛演進(jìn)的關(guān)鍵支撐。
近年來(lái),毫米波雷達(dá)正拓展至智能家居(如手勢(shì)識(shí)別、兒童遺留檢測(cè))、機(jī)器人導(dǎo)航(六維力矩傳感)、醫(yī)療診斷(如器官定位)等新興領(lǐng)域,展現(xiàn)出強(qiáng)大的跨行業(yè)融合潛力。
毫米波雷達(dá)發(fā)展時(shí)間表
毫米波雷達(dá)的發(fā)展歷程可追溯至20世紀(jì)40年代,最初主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。二戰(zhàn)期間,英國(guó)部署毫米波對(duì)空雷達(dá),美國(guó)MIT輻射實(shí)驗(yàn)室也對(duì)微波雷達(dá)系統(tǒng)作出基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)。50年代起,毫米波雷達(dá)開(kāi)始用于機(jī)場(chǎng)交通管制和船用導(dǎo)航,但受限于功率效率低、傳輸損耗大、器件不成熟,發(fā)展一度停滯。
70年代中期,雪崩二極管、磁控管等器件的突破提高了雷達(dá)性能,微波相控陣?yán)走_(dá)實(shí)現(xiàn)了精確跟蹤。毫米波雷達(dá)被用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視等。同期,德國(guó)博世等企業(yè)嘗試將毫米波雷達(dá)用于汽車防撞系統(tǒng),雖然未立即商用,卻奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
進(jìn)入80年代,集成電路技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)毫米波雷達(dá)小型化和成本下降,歐洲推動(dòng)智能交通計(jì)劃,加快車載雷達(dá)研發(fā)。90年代,24GHz毫米波雷達(dá)開(kāi)始商用,應(yīng)用于自適應(yīng)巡航和碰撞預(yù)警系統(tǒng)。與此同時(shí),毫米波雷達(dá)拓展至無(wú)人機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療成像、氣象監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
2000年后,射頻芯片工藝進(jìn)步加速了雷達(dá)的普及。鍺硅(SiGe)工藝使雷達(dá)成本下降,提升動(dòng)態(tài)范圍和性能。2016年,德州儀器推出基于RFCMOS的77GHz毫米波雷達(dá)芯片,所有射頻元件集成在單顆MMIC上,進(jìn)一步降低成本。此后,各大廠商紛紛轉(zhuǎn)向RFCMOS工藝,推動(dòng)毫米波雷達(dá)走向“平民化”,也為4D毫米波雷達(dá)的上車提供可能。
在中國(guó),毫米波雷達(dá)發(fā)展迅速。2013年24GHz毫米波雷達(dá)引入國(guó)內(nèi),國(guó)產(chǎn)廠商如經(jīng)緯恒潤(rùn)、威孚高科等在4D雷達(dá)技術(shù)取得突破。國(guó)內(nèi)高校如南京信息工程大學(xué)、北京理工大學(xué)等在信號(hào)處理、成像算法方面推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈本地化。
毫米波雷達(dá)發(fā)展時(shí)間線,來(lái)源:與非研究院整理
近年來(lái),隨著汽車智能化、ADAS系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展,毫米波雷達(dá)芯片市場(chǎng)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)Yole Développement數(shù)據(jù),2021年全球車載雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模為58億美元,預(yù)計(jì)到2027年增至128億美元,CAGR為14%。其中,增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?lái)自4D成像毫米波雷達(dá)和成像雷達(dá),分別預(yù)計(jì)達(dá)到35億美元和43億美元,CAGR分別為48%和109%。
目前全球毫米波雷達(dá)芯片市場(chǎng)仍由海外巨頭主導(dǎo),主要玩家包括英飛凌(Infineon)、恩智浦(NXP)、德州儀器(TI)、意法半導(dǎo)體(ST)等。根據(jù)2025年預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),英飛凌與恩智浦合計(jì)市占率超過(guò)50%,TI與ADI分別占據(jù)約15%和10%的份額,構(gòu)成了技術(shù)壁壘極高的寡頭格局。
不過(guò),部分海外初創(chuàng)企業(yè)如Uhnder、Arbe等也通過(guò)差異化技術(shù)(如數(shù)字編碼調(diào)制、多通道收發(fā)陣列)在高端市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)突破,尤其是在4D成像雷達(dá)領(lǐng)域迅速崛起,展現(xiàn)出技術(shù)路徑多樣化的趨勢(shì)。
在中國(guó)市場(chǎng),隨著國(guó)產(chǎn)替代戰(zhàn)略的推進(jìn),本土廠商快速崛起。2024年,國(guó)內(nèi)供應(yīng)商在車載毫米波雷達(dá)市場(chǎng)的合計(jì)份額已達(dá)到13.3%。代表企業(yè)包括加特蘭微電子、矽杰微電子、岸達(dá)科技、隔空微電子等。其中,加特蘭推出全球首款基于CMOS工藝的77GHz雷達(dá)芯片,并獲得AEC-Q100車規(guī)認(rèn)證,成功進(jìn)入比亞迪、吉利等主機(jī)廠供應(yīng)鏈;矽杰微電子則聚焦24GHz與60GHz芯片,在智能家居與安防監(jiān)控市場(chǎng)出貨領(lǐng)先。
毫米波雷達(dá)上下游產(chǎn)業(yè)鏈
一、上游:核心器件與算法壁壘高企
射頻前端芯片(MMIC)
MMIC是毫米波雷達(dá)的“心臟”,集成低噪聲放大器(LNA)、功率放大器(PA)、混頻器等關(guān)鍵模塊,具備低損耗、高動(dòng)態(tài)范圍、強(qiáng)抗干擾等特性,是4D成像雷達(dá)的性能核心。當(dāng)前全球市場(chǎng)主要由恩智浦、英飛凌、德州儀器等壟斷,市場(chǎng)占有率超過(guò)70%。
國(guó)產(chǎn)方面,加特蘭微、矽杰微等企業(yè)正在推進(jìn)替代化,已實(shí)現(xiàn)部分國(guó)產(chǎn)化,但在工藝成熟度、良率控制等方面仍有差距。
隨著制造工藝演進(jìn),MMIC正由砷化鎵(GaAs)、鍺硅(SiGe)等化合物半導(dǎo)體工藝,逐步轉(zhuǎn)向硅基CMOS工藝。CMOS具備低成本、高集成度優(yōu)勢(shì),可將射頻收發(fā)、信號(hào)處理等模塊整合于單芯片內(nèi),顯著提升性能并降低封裝復(fù)雜度。恩智浦已發(fā)布28nm CMOS毫米波芯片,較上一代45nm產(chǎn)品性能顯著提升。芯片制造本身也成為MMIC產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵壁壘。
高頻PCB與天線設(shè)計(jì)
毫米波信號(hào)對(duì)PCB及天線的傳輸性能要求極高,需選用低介電損耗材料如Rogers RO3003等,以確保信號(hào)完整性和抗干擾能力。國(guó)內(nèi)滬電股份、生益電子等廠商在高頻PCB領(lǐng)域已建立基礎(chǔ),但高端基材仍依賴進(jìn)口。天線設(shè)計(jì)需兼顧小型化、波束成形與MIMO布局,技術(shù)難度高。
信號(hào)處理器與后端算法
DSP芯片約占整體成本20%,目前仍由海外廠商主導(dǎo),如賽靈思、NXP。國(guó)內(nèi)企業(yè)則聚焦算法優(yōu)化,如多目標(biāo)識(shí)別、動(dòng)態(tài)抗干擾、弱信號(hào)檢測(cè)等,提升目標(biāo)分類與場(chǎng)景理解能力。4D成像雷達(dá)中,“點(diǎn)云+速度場(chǎng)”融合處理正成為技術(shù)主流,依賴深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能感知。
二、中游:封裝創(chuàng)新與國(guó)產(chǎn)化加速
模組封裝作為連接芯片與系統(tǒng)的關(guān)鍵中間環(huán)節(jié),對(duì)雷達(dá)性能影響顯著。eWLB(晶圓級(jí)封裝)技術(shù)可降低射頻鏈路損耗,AiP(天線集成封裝)則實(shí)現(xiàn)雷達(dá)模組小型化、集成化趨勢(shì)。
加特蘭已全球首發(fā)毫米波AiP SoC方案,中國(guó)電科38所研發(fā)的77GHz模組則實(shí)現(xiàn)10路天線單封裝集成,探測(cè)距離達(dá)38.5米,處于全球領(lǐng)先水平,代表國(guó)內(nèi)企業(yè)在系統(tǒng)集成方面的快速突破。
整機(jī)制造廠商格局
國(guó)際市場(chǎng)仍由博世、大陸、安波福等Tier1巨頭主導(dǎo),三者合計(jì)市占率超68%,在高精度前向雷達(dá)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯。
國(guó)內(nèi)企業(yè)正在奮起直追:森思泰克以高性價(jià)比占據(jù)出貨領(lǐng)先地位,華為推出4D成像雷達(dá)并布局前裝市場(chǎng),德賽西威、長(zhǎng)光華芯等也逐步形成量產(chǎn)能力。整體來(lái)看,國(guó)內(nèi)廠商在精度、可靠性方面仍有追趕空間,但在中低端市場(chǎng)具備較強(qiáng)替代潛力。
三、下游:多場(chǎng)景應(yīng)用快速拓展
汽車領(lǐng)域
毫米波雷達(dá)是ADAS及L2+/L3自動(dòng)駕駛的核心傳感器,可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航、盲區(qū)檢測(cè)、變道輔助等功能。4D成像雷達(dá)支持縱向探測(cè)距離達(dá)300米以上,目標(biāo)識(shí)別維度擴(kuò)展至三維空間+速度,提高智能駕駛安全性。
無(wú)人機(jī)與安防
無(wú)人機(jī)雷達(dá)市場(chǎng)在軍用主導(dǎo)下成熟,近年來(lái)工業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)增長(zhǎng)迅速。2023年全球無(wú)人機(jī)雷達(dá)市場(chǎng)接近100億元,主要應(yīng)用于低空避障、路徑規(guī)劃等。
安防監(jiān)控領(lǐng)域,中國(guó)2023年毫米波安防雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)13.68億元,占整個(gè)安防雷達(dá)市場(chǎng)76%。其全天候、穿透性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),使其在室外監(jiān)控、邊界防御等場(chǎng)景中逐漸替代紅外/視頻監(jiān)控方案。
智能家居與醫(yī)療健康
毫米波雷達(dá)在智能家居中的應(yīng)用日益豐富,如手勢(shì)識(shí)別、跌倒檢測(cè)、呼吸心率監(jiān)測(cè)等非接觸式傳感場(chǎng)景。其在嬰兒看護(hù)、睡眠監(jiān)測(cè)、老年人看護(hù)等醫(yī)療健康場(chǎng)景中具有廣闊前景,未來(lái)或成為新一輪增長(zhǎng)引擎。
毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈總結(jié),來(lái)源:與非研究院
毫米波雷達(dá)芯片供應(yīng)商分析
MMIC芯片
毫米波雷達(dá)MMIC芯片是毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)器件,它通過(guò)半導(dǎo)體工藝在半絕緣襯底上集成多個(gè)射頻模塊,如LNA、PA、混頻器、VCO、調(diào)制器、檢波器等,實(shí)現(xiàn)毫米波信號(hào)的調(diào)制、發(fā)射、接收與回波處理,具備頻帶寬、噪聲低、功率大、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。
近年來(lái),隨著智能駕駛、智慧交通、工業(yè)感知等新興需求快速發(fā)展,毫米波雷達(dá)特別是具備高分辨率的4D成像雷達(dá)迎來(lái)高速發(fā)展期,MMIC芯片的重要性持續(xù)上升。
一、全球格局:海外巨頭主導(dǎo),積極擴(kuò)展高端方案
目前全球毫米波雷達(dá)MMIC芯片市場(chǎng)仍由海外企業(yè)主導(dǎo)。TI(德州儀器)、NXP(恩智浦)、Infineon(英飛凌)、Renesas(瑞薩電子)等廠商憑借深厚的射頻技術(shù)積累和先發(fā)優(yōu)勢(shì),在產(chǎn)品穩(wěn)定性、集成度、產(chǎn)業(yè)鏈綁定方面建立了穩(wěn)固壁壘。
TI是4D毫米波雷達(dá)的重要推動(dòng)者。2018年推出基于AWR2243的FMCW多芯片級(jí)聯(lián)成像方案,2022年發(fā)布AWR2944 SoC,性能進(jìn)一步提升,廣泛應(yīng)用于中高端車載雷達(dá)。
英飛凌則在2020年與傲酷聯(lián)合推出RXS816xPL系列可級(jí)聯(lián)芯片,進(jìn)入4D成像雷達(dá)市場(chǎng)。其SiGe RF芯片廣泛用于前向雷達(dá)和多傳感融合系統(tǒng)。
NXP于2020年底發(fā)布TEF82xx RFCMOS單芯片,支持MIMO調(diào)制和波束控制,已在多款4D雷達(dá)中實(shí)際應(yīng)用。
瑞薩電子通過(guò)收購(gòu)印度Steradian公司,2022年推出RAA270205芯片,配備4T4R天線,面向ADAS和自動(dòng)駕駛場(chǎng)景,預(yù)計(jì)2024年進(jìn)入量產(chǎn)。
此外,ST、ADI、Onsemi等企業(yè)也提供各類雷達(dá)射頻和處理芯片,覆蓋24GHz至81GHz頻段,應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、智能制造、安防雷達(dá)等領(lǐng)域。
毫米波雷達(dá) MMIC 供應(yīng)商積極布局 4D 成像毫米波雷達(dá)射頻芯片,來(lái)源:TI官網(wǎng)、NXP官網(wǎng)、英飛凌官網(wǎng)、瑞薩電子官網(wǎng)
TI汽車毫米波雷達(dá)傳感器,來(lái)源:TI官網(wǎng)
二、國(guó)產(chǎn)廠商崛起:多點(diǎn)突破,逐步邁向中高端
雖然中國(guó)在毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域起步較晚,核心技術(shù)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口,但隨著政策鼓勵(lì)、市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)投資共同驅(qū)動(dòng),國(guó)產(chǎn)MMIC芯片廠商近年來(lái)取得明顯突破,部分已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)或進(jìn)入主流市場(chǎng)驗(yàn)證階段,尤其是在77GHz以上的高頻4D成像雷達(dá)芯片方面初步建立技術(shù)能力。
- 加特蘭微電子
作為國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)芯片的領(lǐng)軍企業(yè),加特蘭成立于2014年,是全球首家量產(chǎn)77GHz CMOS雷達(dá)芯片的企業(yè),產(chǎn)品通過(guò)車規(guī)AEC-Q100認(rèn)證,進(jìn)入上汽、吉利等主機(jī)廠。公司產(chǎn)品覆蓋射頻前端、SoC、SoC+AiP等五大系列,適配車載、工業(yè)、安防等多種場(chǎng)景。
其2022年發(fā)布的Andes系列SoC為面向高端4D成像雷達(dá)的旗艦產(chǎn)品,支持4T4R架構(gòu),集成DSP、RSP和多核CPU,支持靈活級(jí)聯(lián)。該系列具備高算力、低功耗、高集成的優(yōu)勢(shì),在國(guó)內(nèi)率先提供端到端的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)級(jí)芯片方案。
- 矽杰微電子
矽杰微電子產(chǎn)品覆蓋24/60/77GHz頻段,主打SRK系列SoC方案,支持生命體征檢測(cè)與存在感知,具備良好的平臺(tái)兼容性和可靠性。目前累計(jì)交付芯片超百萬(wàn)顆,廣泛用于汽車、智能家居、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域。
- 毫感科技
公司推出MVRA188,為全球首款8T8R單芯片4D成像雷達(dá)MMIC,采用LOP封裝,集成度高,數(shù)據(jù)接口帶寬高達(dá)24Gbps,探測(cè)距離超250米。產(chǎn)品應(yīng)用于高端前向雷達(dá),定位于新一代自動(dòng)駕駛解決方案。
- 岸達(dá)科技
以相控陣架構(gòu)提升雷達(dá)角分辨率,其ADT2001為全球首款支持虛擬孔徑技術(shù)的77GHz CMOS芯片,支持16T16R,探測(cè)精度達(dá)厘米級(jí),已用于車載和高端安防領(lǐng)域。
5.其它
其它相關(guān)企業(yè)還包括微度芯創(chuàng)、晟德微電子、牧野微芯、硅典微等,這類企業(yè)聚焦不同細(xì)分賽道,從工業(yè)流速檢測(cè)、人體安檢成像、車載雷達(dá)、消費(fèi)級(jí)感知雷達(dá)到全覆蓋。如硅典微主打24GHz超低功耗SoC,單芯片功耗僅100mW;晟德微的Kestrel342支持5GHz掃頻和4D成像,通過(guò)車規(guī)認(rèn)證。
加特蘭用于 4D 成像毫米波雷達(dá)的 Andes SoC 發(fā)布,來(lái)源:加特蘭官網(wǎng)
毫米波雷達(dá)MMIC芯片是未來(lái)智能感知系統(tǒng)的重要基石,其市場(chǎng)潛力和技術(shù)壁壘并存。國(guó)際巨頭在技術(shù)上仍占主導(dǎo),但國(guó)內(nèi)廠商正逐步縮小差距,部分已實(shí)現(xiàn)“從0到1”的技術(shù)突破,向“從1到10”的產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。隨著4D成像、系統(tǒng)級(jí)集成、國(guó)產(chǎn)替代等趨勢(shì)持續(xù)演進(jìn),MMIC芯片產(chǎn)業(yè)或?qū)⒃谖磥?lái)幾年迎來(lái)加速躍遷期。
毫米波雷達(dá)MMIC芯片主要供應(yīng)商介紹,來(lái)源:與非研究院
信號(hào)處理芯片
作為毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的大腦,毫米波雷達(dá)信號(hào)處理芯片負(fù)責(zé)接收、調(diào)制與解調(diào)高頻雷達(dá)信號(hào),并完成一系列數(shù)字信號(hào)處理任務(wù),是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)智能感知能力的關(guān)鍵組件。毫米波雷達(dá)信號(hào)處理芯片的供應(yīng)商與MMIC芯片的供應(yīng)商有很大一部分重合。
一、核心功能與應(yīng)用場(chǎng)景
毫米波雷達(dá)芯片典型功能包括目標(biāo)檢測(cè)、速度測(cè)量、距離計(jì)算、角度提取與跟蹤識(shí)別等。芯片一般由前端射頻(MMIC)與后端數(shù)字信號(hào)處理模塊組成,后者涵蓋數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、微控制單元(MCU)以及現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)等計(jì)算核心。
其主要應(yīng)用場(chǎng)景包括:
汽車電子:支持ADAS系統(tǒng)中的盲點(diǎn)檢測(cè)、自動(dòng)緊急制動(dòng)(AEB)、自適應(yīng)巡航(ACC)等功能,助力L2+及以上級(jí)別自動(dòng)駕駛;
工業(yè)自動(dòng)化:實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)線中的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、機(jī)器人避障與材料識(shí)別;
安防監(jiān)控:用于周界監(jiān)控、無(wú)感入侵檢測(cè)與高精度人體識(shí)別;
醫(yī)療與健康監(jiān)測(cè):實(shí)現(xiàn)心跳、呼吸檢測(cè)與無(wú)接觸式生命體征監(jiān)控;
無(wú)人機(jī)與機(jī)器人:提升在復(fù)雜環(huán)境中的導(dǎo)航、感知與決策能力;
航空航天:支持導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)識(shí)別與隱身探測(cè)等關(guān)鍵任務(wù)。
二、全球主流供應(yīng)商
NXP TEF82xx 與 S32Rx 系列能夠配套,來(lái)源:NXP官網(wǎng)
- 英飛凌(Infineon)
市場(chǎng)地位:全球77GHz毫米波雷達(dá)MMIC領(lǐng)導(dǎo)者;
主要產(chǎn)品:RXS816x系列(SiGe)、CTRX8181(28nm CMOS);
配套處理器:TC3x/TC4x系列MCU,內(nèi)嵌SPU與PPU,支持4D雷達(dá)與深度學(xué)習(xí)推理;
應(yīng)用客戶:博世、采埃孚等 Tier-1 廠商。
- 恩智浦(NXP)
市場(chǎng)地位:市場(chǎng)份額超60%,與大陸集團(tuán)深度綁定;
核心產(chǎn)品:TEF82xx MMIC(3發(fā)4收)+ S32R45信號(hào)處理器;
技術(shù)路徑:40nm RF-CMOS工藝,支持成像雷達(dá)解決方案。
- 德州儀器(TI)
技術(shù)優(yōu)勢(shì):率先采用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)高集成度;
代表型號(hào):AWR2243(支持4片級(jí)聯(lián))、IWR6843ISK;
應(yīng)用廣泛:涵蓋車載前雷達(dá)、工業(yè)監(jiān)測(cè)與人體感知等場(chǎng)景。
- 意法半導(dǎo)體(ST)
產(chǎn)品布局:STRADA系列(24GHz與77GHz),滿足中遠(yuǎn)距離探測(cè);
安全標(biāo)準(zhǔn):通過(guò)ASIL安全等級(jí),適用于車規(guī)市場(chǎng)。
5.其它
ADI:提供高端DSP(如ADSP-21489)、模擬信號(hào)鏈產(chǎn)品;
Xilinx/Altera:專注于大數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)FPGA處理;
Lattice:提供低功耗邊緣計(jì)算FPGA(如CertusPro-NX、iCE40 UltraLite)。
三、國(guó)產(chǎn)主流供應(yīng)商
在國(guó)際巨頭主導(dǎo)的大環(huán)境下,國(guó)內(nèi)廠商通過(guò)工藝創(chuàng)新、算法優(yōu)化和市場(chǎng)差異化,正在構(gòu)建從雷達(dá)前端到算法平臺(tái)的完整鏈條。
- 加特蘭微電子
產(chǎn)品體系:Alps、Andes系列支持2T4R/4T4R架構(gòu)與高精度點(diǎn)云輸出;
集成能力:封裝集成AiP技術(shù),尺寸僅12.2mm×12.2mm;
市場(chǎng)成績(jī):截至2024年累計(jì)出貨850萬(wàn)顆,客戶覆蓋蔚來(lái)、比亞迪、奇瑞等。
- 矽杰微電子
全頻覆蓋:提供24/60/77GHz雷達(dá)芯片;
技術(shù)特點(diǎn):噪聲系數(shù)9dB,相位噪聲-103dBc/Hz;
客戶群體:廣泛應(yīng)用于車載雷達(dá)、智能家居等領(lǐng)域,累計(jì)出貨數(shù)百萬(wàn)顆。
- 岸達(dá)科技
2019年發(fā)布國(guó)內(nèi)首款77GHz CMOS雷達(dá)芯片;
4.意行半導(dǎo)體
量產(chǎn)24GHz SiGe工藝前端套片;
5.清能華波
與清華大學(xué)合作,研發(fā)適用于前碰預(yù)警的雷達(dá)芯片。
6.鋮昌科技
服務(wù)于多家軍工科研機(jī)構(gòu),支撐國(guó)家高端雷達(dá)自主能力。
7.雷電微力
聚焦軍用毫米波系統(tǒng),包括GaN/GaAs T/R芯片與彈載集成雷達(dá)系統(tǒng);
毫米波雷達(dá)信號(hào)處理芯片供應(yīng)商對(duì)比,來(lái)源:與非研究院整理
從測(cè)距工具到智能感知核心,毫米波雷達(dá)技術(shù)趨勢(shì)展望
毫米波雷達(dá)技術(shù)趨勢(shì),來(lái)源:與非研究院
從測(cè)距工具到智能感知核心,毫米波雷達(dá)正呈現(xiàn)不同的技術(shù)趨勢(shì)。
- 高頻段化推進(jìn),支撐更高精度
毫米波雷達(dá)正由傳統(tǒng)24GHz向77GHz(76–81GHz)過(guò)渡,后者帶寬達(dá)4GHz,具備毫米級(jí)距離分辨率與±0.1°角精度。部分企業(yè)更向140GHz高頻探索,以滿足更細(xì)膩點(diǎn)云感知與遠(yuǎn)距探測(cè)需求。盡管高頻段帶來(lái)信號(hào)衰減與材料工藝挑戰(zhàn),但在高階自動(dòng)駕駛和城市感知中前景廣闊。
- 芯片高度集成化,SoC架構(gòu)成主流
毫米波雷達(dá)芯片正從分立設(shè)計(jì)(MMIC+DSP+MCU)向全集成SoC演進(jìn),集成收發(fā)模塊、信號(hào)處理、控制及AI單元于一體,大幅簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)、降低成本與功耗。TI AWR2944、NXP SAF85xx、加特蘭Andes、Uhnder RoC等均為代表產(chǎn)品。
此外,AiP(封裝內(nèi)嵌天線)技術(shù)推動(dòng)模塊小型化,進(jìn)一步節(jié)省PCB空間、簡(jiǎn)化調(diào)試流程。相較之下,多芯片級(jí)聯(lián)方案雖通道數(shù)高,但系統(tǒng)復(fù)雜;而單芯片多通道設(shè)計(jì)(如Vayyar)提升密度但面臨高設(shè)計(jì)難度。
- 4D成像崛起,構(gòu)建雷達(dá)“立體感知”
4D毫米波雷達(dá)可同時(shí)輸出距離、速度、水平與垂直角度四維信息,構(gòu)建稠密點(diǎn)云,識(shí)別精度超95%。其成像能力接近激光雷達(dá),但具備更強(qiáng)抗干擾性與更優(yōu)性價(jià)比,逐漸成為多傳感器融合的關(guān)鍵組件。
- AI賦能,雷達(dá)走向智能融合
芯片正集成NPU、PPU等AI算力模塊,支持本地智能處理,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)、軌跡預(yù)測(cè)等高階功能。如加特蘭Andes內(nèi)建AI加速器,用于行為分析和復(fù)雜環(huán)境識(shí)別;安霸CV3則融合高算力與雷達(dá)處理能力,支撐高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)運(yùn)行。
馬斯克看好,4D毫米波雷達(dá)或?qū)?biāo)配?
馬斯克曾激進(jìn)地推行“純視覺(jué)”自動(dòng)駕駛策略,聲稱“雷達(dá)是多余的”。其理論基礎(chǔ)包括成本優(yōu)化(毫米波雷達(dá)每顆成本約500元)、攝像頭數(shù)據(jù)同源性更利于模型訓(xùn)練等。然而,2021-2022年全面取消雷達(dá)后,用戶反饋暴露出系統(tǒng)的諸多問(wèn)題:
誤剎車頻發(fā):NHTSA數(shù)據(jù)顯示“幽靈剎車”投訴激增3倍,復(fù)雜結(jié)構(gòu)場(chǎng)景下表現(xiàn)尤差;
極端天氣失效:暴雨、暴雪下視覺(jué)誤判率高達(dá)12%,而毫米波雷達(dá)依然維持90%以上的穩(wěn)定性。
雖然馬斯克仍稱激光雷達(dá)為“拐杖”,但4D雷達(dá)在全天候性能與系統(tǒng)集成成本方面展現(xiàn)出更優(yōu)解。例如,毫米波在雨霧中衰減<3dB/km,而1550nm激光可達(dá)20dB/km;硬件成本僅提升約2%,遠(yuǎn)低于激光雷達(dá)方案的15%。
在現(xiàn)實(shí)壓力下,特斯拉于HW4.0中重新引入新一代4D毫米波成像雷達(dá)。2024年,馬斯克表態(tài)“只忠于物理定律,而非特定傳感器”,HW4.0預(yù)留雷達(dá)與激光雷達(dá)接口,并支持多模態(tài)融合,使障礙物漏檢率從0.8%降至0.12%。
在特斯拉的影響下,全球市場(chǎng)適配需求也推動(dòng)其戰(zhàn)略微調(diào)。Waymo、Cruise等開(kāi)始評(píng)估4D雷達(dá)替代激光雷達(dá)的可行性,預(yù)計(jì)至2026年L4方案中激光雷達(dá)數(shù)量將從4-5顆減至1-2顆。4D雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將由2023年的3.2億美元增長(zhǎng)至2027年的28億美元。
歐洲NCAP 2025要求L3+車型必須配備非視覺(jué)測(cè)距傳感器;
中國(guó)工信部明確多傳感器冗余;
北美市場(chǎng)特斯拉雖仍提供無(wú)雷達(dá)版本,但配雷達(dá)車型FSD訂閱率高出27%。
特斯拉通過(guò)自研芯片(與三星合作開(kāi)發(fā)5nm RFIC),將4D雷達(dá)成本控制在100美元以下,相較外購(gòu)方案降低60%,保障垂直整合優(yōu)勢(shì)。
中國(guó)企業(yè)也在迅速追趕。比亞迪的“天神之眼C”系統(tǒng)以3000元級(jí)別普及高階智駕,搭載5個(gè)4D毫米波雷達(dá)、12攝像頭和12超聲波雷達(dá)。毫米波雷達(dá)成本被壓至每顆100元左右,自研與本土供應(yīng)鏈(如加特蘭微、承泰、森思泰克)是關(guān)鍵因素。目前所用的CAL77S344 SoC由加特蘭微提供,集成度高、滿足ISO 26262功能安全要求,雖然為4發(fā)4收中低配方案,但已足夠支撐大部分智駕需求。
隨著毫米波雷達(dá)芯片正從傳統(tǒng)“測(cè)距器件”升級(jí)為“智能感知系統(tǒng)”的核心,系統(tǒng)復(fù)雜度與算力需求不斷提升,對(duì)芯片架構(gòu)、工藝與算法集成提出更高要求。雖然目前國(guó)際廠商(TI、NXP、英飛凌、ST、博世)憑借成熟車規(guī)產(chǎn)品仍占據(jù)主導(dǎo)地位,但展望未來(lái),國(guó)產(chǎn)毫米波雷達(dá)芯片如加特蘭、矽杰微在SoC與AiP技術(shù)上具備先發(fā)優(yōu)勢(shì),同時(shí)將逐漸將應(yīng)用從車載向多元場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。