汽车高级驾驶员辅助系统（ADAS）中不同类型雷达传感器应用的电路材料的选择方法

　　当多个雷达目标距离较近时，例如在道路拥堵时的两辆车，就需要精确的雷达距离分辨率来区分被探测到的物体。可以利用较短的雷达脉冲探测目标，尽管较短的脉冲或任何类型的信号都会只有较少的能量从目标反射回雷达接收器。通过使用脉冲压缩可以将更多的能量添加到更短的脉冲中，其中相位或频率调制可以提高其功率水平。为此，基于调频连续波(FMCW)信号(也称为“线性调频”信号)的雷达通常用于车辆雷达系统。

　　对目标速度的估计可以通过多普勒效应来实现，多普勒效应是指根据目标相对于雷达发射机/接收机的运动而从雷达获得的目标反射的信号频率的变化。多普勒频移与波长成反比：根据雷达目标是接近还是远离雷达源，分别为取正或负值。

　　FMCW或线性调频雷达系统可以测量多个目标的速度，距离和角度。 虽然工作于24GHz下的窄带(NB)和超宽带(UWB)FMCW雷达得到了广泛的应用，但该频段的应用正在逐渐减少。在车载安全系统中越来越多地使用1GHz带宽的窄带77-GHz雷达系统。 此外，汽车行业正在研究UWB 79-GHz雷达，以备未来的应用。 CW雷达相对简单，可以检测目标的速度，但不能检测目标的距离。脉冲连续波雷达还可以使用多个多普勒频率估计距离。 脉冲持续时间和脉冲重复频率(PRF)是设计性能可靠的脉冲连续波雷达系统的两个关键参数。

　　由于脉冲压缩，FMCW雷达的距离分辨率与FMCW信号的带宽成反比，而与脉冲宽度无关。 短程FMCW雷达使用UWB波形可以高分辨率的测量小距离。 多普勒分辨率是脉冲宽度和用于估计的脉冲数量的函数。任何雷达系统中的杂波都是由感兴趣目标以外的物体反射的雷达信号产生的噪声。在任何雷达系统中，与周围的其他物体相比，雷达必须从众多被雷达信号照射的物体中识别出有效目标。

　　车载电子安全系统利用其他物理参数(如视觉和光线)向车辆的ADAS域控制器提供可用数据，域控制器是执行传感器信息融合以帮助安全引导车辆的信息处理中心。前置摄像头用于车道偏离警告和物体检测的成像，而后置摄像头可以根据需要提供反向和附加成像。光检测和测距(LiDAR，激光雷达)系统将红外(IR)光的脉冲传输到目标(例如另一辆车或停车场内的墙壁)，并检测返回到源的IR脉冲，基于光的传播速度来计算源和目标之间的距离。利用关于IR脉冲的长度和波长以及从反射并返回到车辆中的IR检测器/接收器所需的时间等细节参量，可以计算IR照射的物体的位置和相对运动。不幸的是，车辆激光雷达系统的性能和有效性极易会受到环境条件的严重影响，如雪、雨、雾等。

　　车载雷达系统可以LiDAR系统的方式进行工作，但是毫米波频率的雷达其对应的波长更小。车载雷达被指定在某些特定的频率范围内使用，例如在24,77和79GHz。这些频段已被多个标准组织批准使用，例如美国的联邦通信委员会(FCC, www.fcc.org)和欧洲的欧洲电信标准协会(ETSI,www.etsi.org)都已批准其使用。

　　目前，各种雷达被用作ADAS应用的一部分，FMCW信号由于在测量多目标的速度、距离和角度方面的有效性而得到了广泛的应用。汽车雷达有时会使用工作于24GHz频段下的窄带NB和超宽带UWB设计。24GHz 窄带车载雷达占用从24.05至24.25 GHz的200 MHz范围，而24 GHz 的超宽带雷达的总带宽达5 GHz，从21.65 GHz至26.65 GHz频段范围内。窄带24 GHz车载雷达系统可提供有效的短距离交通目标检测，并用于盲点检测等简单功能。超宽带车载雷达系统已被应用于更高的距离分辨率功能，如自适应巡航控制(ACC)，前向碰撞警告(FCW)和自动紧急制动系统(AEB)

　　然而，随着全球移动通信应用继续消耗“较低”频率(包括24 GHz附件)的频谱，车载雷达系统的频率变得更高，可用的具有更短的波长的毫米波频谱成为选择，频率分别为77和79 GHz。事实上，日本已不再使用24-GHz超宽带车载雷达技术。根据各地区标准组织ETSI和FCC分别设定的时间表，它将在欧洲和美国逐步被淘汰，并被更高频率的窄带77GHz和超宽带79GHz车载雷达系统取代。 77GHz和79GHz雷达将以某种形式作为用于自动驾驶汽车的功能模块。

　　材料要求

　　自动驾驶汽车将采用许多不同的电子技术来提供引导，控制和保障安全，包括使用光和电磁波的传感器。毫米波频率的雷达将广泛使用的信号频率范围和电路技术一度被认为是独特的、实验性的，甚至仅被用于军事用途的。毫米波雷达使用的增加是越来越多的电子技术和电路集成到机动车辆中的一种趋势，为驾驶员提供方便和支持，使车辆行驶更安全，并使车主和操作员从驾驶车辆的“任务”中解放出来。在商用机动车辆中使用高频电子设备甚至可能触发驾驶员与车辆之间的全新方式。至少，使用毫米波雷达等技术将改变“驾驶”机动车辆的定义。

　　这些车载毫米波雷达系统的设计通常以天线开始，并且该天线通常是高性能印刷电路板(PCB)天线，它们被安装在不同位置，通过发射和接收低功率毫瓦级毫米波信号来检测或“照射”目标。车辆的雷达和其他电子系统使用不同的方法来提供关于机动车周围环境的信息以供该车辆的周围物体检测和分类算法使用。

　　车载雷达的信号可能是脉冲或调制的CW形式。车载雷达系统用于24GHz下的盲点检测已有一段时间。 然而，随着时间的推移以及无线通信等其他功能的频谱竞争的加剧，车载雷达系统正在向高频移动，带宽变窄，如以77GHz为中心的约1GHz宽的频带范围，以及79 GHz频段。

　　无论是在24,77或79 GHz，PCB天线的性能对于这些车载雷达系统来说至关重要，它们需要向目标发射并几乎瞬间接收如目标是另一辆车的反射信号。关键的PCB天线性能参数包括增益，方向性和效率，低损耗电路材料对于获得良好的PCB天线性能至关重要(图2)。 PCB天线的长期可靠性也非常重要，因为这些紧凑型天线及其高频收发电路同时还必须可持续不间断地工作(当车辆运行时)，并能在更具挑战性的操作环境——商业机动车辆——上可靠地运行。

　　图2：电路材料的低损耗对于PCB天线获取高增益和方向性至关重要，尤其是在毫米波频率下。