发布时间:2023-11-22
熟悉毫米波雷达技术的朋友知道,该无线电技术的频段为30-300GHz,而目前主要使用的频段为24GHz、60GHz、77GHz。在文章《关于毫米波雷达频段,国内外标准有何异同?》中,笔者也曾简单汇总过国内外使用频段的标准及规范。
而熟悉该产业的朋友会知道,往高频段的技术发展,是不少企业正布局的方向。目前,曾经微波雷达的主要厂商(5.8GHz、10.525GHz),已开始试水并出货更高频段的产品(24GHz、60GHz);而不少曾经专注24GHz雷达的厂商,也开始朝着80GHz、94GHz频段进发。
那么,未来随着产业发展,毫米波雷达是否会“卷”到>100GHz的领域呢?实际上,现在市面上已有厂商发布了120GHz、240GHz、300GHz的雷达芯片。
接下来,本文就简单探讨>100GHz雷达的应用及产品情况。
值得一提的是,>100GHz的雷达也被称为太赫兹(THz)频段电磁波。而太赫兹(THz)波是指频率在0.1~10 THz(波长为3000~30μm)范围内的电磁波,在长波段与毫米波相重合,在短波段与红外光相重合。
(注:毫米波命名取决于波长,太赫兹命名取决于频段,二者有交叉,不冲突)
太赫兹雷达的应用
在讨论太赫兹雷达的应用前,还需先简单对比此类雷达(以120GHz雷达为例)与24GHz、60GHz、80GHz雷达的异同。
首先是24GHz雷达,其辐射频率较低,适用于测量相对稠密的介质。其量程普遍较短,适用范围通常在30米以下,但精度相对较高。而且24GHz雷达电子机芯模块抗干扰性能很强,适合在振动或电磁干扰环境中工作。因此,24GHz雷达被广泛应用于水泥、粉料、煤灰等固体变化以及液体罐体液位测量等,还适合安防、车载BSD等应用。
其次是60GHz雷达,其辐射频率较高,适用于测量介质比较稀疏、粒径较小的物质。它的量程比较长,可达100米左右,测量深度较大的物质。同时,60GHz雷达电子机芯模块采用了先进的数字信号处理与高速ADC技术,使得其精度更高,可以实现高速、精确的测量。因此,60GHz雷达适合用于测量河道、水库、井深、物料测距等领域,目前更多公司开始将其用在人体存在、运动感应等方面。
再次是77GHz雷达,其辐射频率更高。由于其射频能量较高,可以穿透测量介质内部的吸收层和反射曲线,从而保证了测量结果的准确性。此外,77GHz雷达的信号强度较高,具有更强的抗干扰能力。因此,77GHz雷达适合交通、4D成像、道闸、无人机等车规级或要求更高的应用。
最后是120GHz雷达,由于其测量距离更长、量程更大(可达200米左右),可以测量深深井口、距离较远的物体等。同时,120G雷达克服了传统雷达测量中的反射问题,提高了信号处理的精度,使测量结果更准确,分辨率也更高。
理论上,120GHz雷达可以广泛用在各类工业、医疗、检修运维场景,如对精度要求较高的物位/液位计、产线机械手臂环境防撞感知、高精度定位、液体产品瓶装深度测量、手术间非接触无感染生命体征检测、DNA分析、无人机探伤传感器等等。不过目前实际应用还较少,主要用于测量大型罐体液位、深度,以及水泥、煤灰、花生、大豆等形状不规则的物料。
一般来说,在太赫兹频段实现雷达系统的优势是可以获得更高的带宽,从而带来更精确的距离分辨率,目前商用的毫米波雷达芯片主要以上文提到的24,60和77GHz为主,带宽分别在1,4和5GHz左右,理论距离分辨率为从几厘米到十几厘米,适用于车载、智慧交通、智能楼宇、智能家居等场景,但在许多工业检测领域,其精度等级达不到要求。并且,除了以上提到的场景,在生物医学领域,太赫兹雷达也是值得探索的重点。
所以,朝着太赫兹频段发展是毫米波雷达的一大趋势。那么,目前有哪些公司在布局呢,又有哪些产品值得一提?
太赫兹雷达的产品
目前,120GHz市场已经有不少公司在布局。
从上游的芯片端来说,国外企业Silicon Radar GmbH(已于2023年2月22日被Indie收购)推出的SiGe工艺120GHz雷达芯片,已广泛用于国内各类液位计产品。该公司最新推出了业界最高带宽的单芯片太赫兹雷达,分别是120GHz(带宽25GHz)雷达芯片和300GHz(带宽40GHz)雷达芯片,分辨率为3-6毫米。
Silicon Radar GmbH的120GHz雷达芯片TRX_120_001
(图源:Silicon Radar GmbH官网)
而国内企业也已有产品出炉,微度芯创目前已推出160GHz(带宽13GHz)的CMOS太赫兹雷达芯片,此产品早在2021年就已完成验证,而当时还有消息称该公司240GHz雷达芯片正在设计中。
微度芯创160GHz雷达芯片TMC1D222AiP
(图源:微度芯创官网)
而从终端厂商的角度来说,目前有路达、诺普欣科技、中仪知联、福州盛博电子等,已发布产品包括120GHz测距雷达、物位计、液位计等。
结语
随着时代发展,雷达产品必然会朝着更高精度、更高分辨率迭代,太赫兹雷达产品将有机会成为未来一大趋势。而这对于毫米波雷达产业而言,意味着相关产品未来将有更多的空间进化,企业在布局上能有更多选择。
不过从实际应用上来说,目前毫米波雷达的应用更多还是以24GHz、60GHz、77GHz频段为主,太赫兹雷达虽然技术和理论上可行,但还需整体生态带动。
(注:本文若有不对之处,欢迎指正与交流)
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